级联式模块化多电平变换器（Modular Multilevel Cascade Converter,MMCC）是一类新型的高压大功率多电平变换器,以模块化的设计方式,将任意个数子模块进行级联来实现极高的电平数并且可以灵活地匹配不同的电压和功率等级。本文首先以功率子模块的类型和桥臂与三相系统的基本连接方式为线索,对MMCC进行了全面分类,将新型的六边形变换器（Hexverter）拓扑和模块化多电平矩阵变换器（Modular Multilevel Matrix Converter,M3C）加入了分类。然后,本文以模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）为例引入了一种针对MMCC的通用分析方法,重新定义了这类拓扑中普遍存在的环路电流概念,由此得到的环路电流可以应用到MMCC的桥臂电流及桥臂能量分析中,具有更鲜明的物理意义。一套针对MMC的基于多变量系统的状态空间建模方法由此可以得到,进而可以提出了一种基于多变量最优控制的线性二次调节器（Linear Quadratic Regulator,LQR）,旨在将系统内部的多个变量在所定义的性能指标函数下进行最优调节,该方法相较传统的级联PI控制器系统,具有通用性好,便于处理内部变量耦合问题和保证控制器稳定等特点,更加适合多变量,复杂耦合的MMCC拓扑。最后,通过仿真对所建模的MMC系统和PDLQR控制器进行了验证。