随着电力电子技术的发展,多电平变换器在高压大容量领域的应用受到了越来越多的关注。模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)是一种新兴的、在中高压场合具有广阔应用前景的多电平拓扑结构,其模块化结构易于集成和安装调试,且大大提高了装置容量及电压等级。近几年国内外对MMC的研究虽然取得了部分研究成果,但对其本质工作机理、电容电压平衡控制方法及内部环流控制等问题还有待于进一步研究。分析了MMC的拓扑结构和工作原理,建立了MMC的数学模型,对多电平产生的原理和四象限运行做了详细介绍。另外,分析了最近电平调制、载波移相调制、载波层叠调制等常用的MMC调制策略,并仿真分析各调制策略的优缺点。分别给出了整流工况和逆变工况下电容预充电策略,详细推导了限流电阻、充电时间等电路参量之间的关系。重点对整流工况下MMC电容电压的预充电策略进行了研究,针对传统的预充电方法在不可控阶段充电效率低和可控阶段控制复杂的弊端进行了改进,并通过仿真进行了验证。提出两种改进型MMC电容电压平衡方法。分析了基于能量均分控制的电容电压平衡控制的弊端,从提高交流侧输出电压的质量和抑制环流两个角度对电容电压闭环控制做了优化,不仅减小了系统输出与期望波形的误差,而且能在一定程度上抑制环流。针对低开关频率载波移相调制策略,通过双重傅里叶变换分析了子模块开关函数的谐波成分以及各谐波的幅值大小,并对开关函数进行了化简,进而简化了一个工频周期电容电压的变化规律,得到电容电压的增量、功率因数角以及不同的驱动脉冲三者之间的简化关系,通过排序算法达到平衡电容电压的目的。仿真与实验结果证明了两种电容电压平衡控制方法的正确性。在分析传统并联重复控制器的缺陷的基础上,提出一种基于IRC+LF的MMC环流抑制方法。在重复控制支路和比例控制支路分别引入权重因子α和β,α、β(α+β=1),优化了系统的动态性能,经过对系统特征方程的简化分析,得到权重因子的设定规则。另外构造了李雅普诺夫函数,提高了系统的稳定性,仿真和实验结果证明了这一环流抑制方法的有效性和正确性。