现代电力系统迅速发展,用户对电力的需求不断增长,而我国能源和负荷呈逆向分布,因此需要长距离、大容量的输电方式以满足供电需求。此外,骨干网络潮流分布不均、无功支撑能力缺乏等问题日渐涌现,给电网的运行控制带来新的挑战。统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)在柔性交流输电系统中具有重要的研究价值及广泛的应用前景,采用UPFC可以充分挖掘现有电网潜力,推动电网建设向环境友好型发展。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)被认为是目前最适合于高压大容量应用的拓扑结构,因其具有模块化级联特性和灵活的易扩展性及公共直流母线,是一种适合大容量UPFC应用的拓扑结构。本文主要针对基于模块化多电平换流器的统一潮流控制器装置级控制策略进行研究,主要研究内容如下:首先,针对MMC的拓扑结构及工作机理,建立了详细的数学模型。在此基础上,分别对MMC的多种调制策略、子模块电容电压均衡控制策略及环流抑制策略进行研究,分析确定了适合UPFC应用场合的MMC调制及控制策略。其次,在单回路主接线下,基于MMC-UPFC拓扑进行建模,分别针对并联侧的无功补偿、直流电压控制策略,以及串联侧的四种潮流控制模式进行研究,并根据数学模型计算相应的控制参数。在双回路主接线下,针对并联侧配置双换流器的优化拓扑,提出了一种并联侧的定直流电压控制、下垂控制、裕度控制相结合的高可靠性直流电压协同控制策略,以实现UPFC系统的可靠稳定运行和快速潮流控制。再次,在三相线路参数不对称、交流系统远端故障及雷击导致的电网不平衡工况下,分析了MMC-UPFC的运行特性,基于MMC-UPFC并联侧的电流源特性,提出了并联侧正负双序控制策略,其中正序控制回路用于实现直流母线电压控制和无功补偿,负序控制回路用于补偿电网负序电流;基于串联侧电压源的特性,提出了串联侧的正负序控制策略,正序控制回路用于调节线路潮流,负序控制回路用于补偿电网负序电压。此控制策略实现了MMC-UPFC在不平衡工况下的安全稳定运行及电网负序电压电流补偿。最后,针对前文所提控制策略,在Matlab/Simulink平台上建立了仿真模型,仿真结果验证了上述控制策略的正确性和有效性。