随着现代社会对电力资源需求的不断增长,电力系统愈加庞大复杂,电网传输线结冰已成为电力系统面临的巨大安全威胁,虽然电网除冰技术已有几十年的发展,但受限于融冰装置的成本、功能、可操作性以及气候突变等问题,因输电线路覆冰造成的电力系统故障时有发生。针对现有直流融冰装置谐波含量高、模式切换操作复杂,装置本身体积较大等缺点,本文提出了一种基于混合型模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的直流融冰方案,具有谐波含量低、操作简单以及有效减少开关器件的优点。该方案采用上桥臂均使用半桥子模块(Half Bridge Submodular,HBSM)、下桥臂均使用全桥子模块(Full Bridge Submodular,FBSM)的新型MMC结构,在电网正常运行时用作静止同步补偿装置(STATCOM)实现无功补偿;在电网覆冰时则输出零到设定值范围内连续可调的直流电压和直流电流,用于电网除冰,可有效提高直流融冰装置的经济效益。本文首先介绍了混合型MMC的工作原理,然后对该混合型MMC直流融冰装置的结构进行了数学模型分析和功率分析,对混合型MMC半桥子模块和全桥子模块两种子模块的工作原理进行了详尽的分析,对比其他直流融冰装置,阐述了本文所提融冰装置的异同点以及该装置的优势,同时给出了混合型MMC主设备参数的设计过程。然后根据混合型MMC结构的数学分析和功率分析的结果提出了相应的电流内环控制策略和电压外环控制策略,其中电流内环有两种控制方法,电压外环为三层的层次化控制策略。接着通过PSIM仿真软件对所提电流内环和电压外环控制策略进行了验证,并通过仿真结果选择了基于稳态占空比的桥臂电流控制策略。进而在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建更为复杂的混合型MMC仿真电路,设计了直流融冰、无功补偿以及在直流融冰的同时进行无功补偿的复合工况,通过仿真实验结果验证了所提方案及控制策略的有效性和可行性。最后先介绍了半实物仿真系统的概念及其优势,然后根据半实物仿真系统的设计方法,将混合型MMC电路转化为了半实物仿真电路,并在PSIM中进行了半实物电路的仿真,验证了半实物电路的可行性。