能源问题已经成为一个全球性的重大问题,节能减排我国现阶段发展的一个重大方向。高压变频器是工业领域节能的重要手段,其所应用的多电平技术也已成为高压大功率传动领域的主流技术,主要有以下三种拓扑:二极管钳位型、飞跨电容型以及H桥功率单元级联型结构。目前,这几种结构的多电平技术虽然比较成熟,但仍存在不少问题,且对于高性能的高压变频器系统,其应用将受到限制。因此,本文提出将模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的拓扑结构应用到传动领域,构成新型的高性能高压变频系统。首先,本文对模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理做出基本介绍,对其适用在传动领域的基本特点进行分析,从整体上给出主拓扑图,包括与电网相连的MMC整流器、与交流异步电动机相连的MMC逆变器以及直流母线端,并重点介绍半桥型子模块结构的工作状态及运行方式,同时对在此基础上的几种电气模型进行比较分析。同时,对常用的调制策略进行介绍,并对启动时整流侧和逆变侧的预充电做出系统阐述。本文的控制整体分为两部分:整流侧的控制和逆变侧的控制。整流侧连接电网,起到实现单位输入功率因数控制、减少谐波污染和稳定直流侧母线电压的作用。因此,文章从MMC整流器出发,在模块化多电平电气模型的基础上进一步对MMC整流器建立数学模型,以此为依据,分析系统相间环流产生原因、存在方式和具体数学关系,表明环流的存在并不影响MMC外部特性,但会对增大桥臂损耗,并给出具体环流抑制措施。本文重点对电压均衡问题进行分析,基于载波移相调制策略阐述模块化多电平变流器电压平衡控制过程,并经过仿真验证其可行性,得到稳定的直流电压。最后,本文将MMC逆变器与异步电机结合,采用按转子磁链定向的矢量控制对电机进行调速。考虑到传动领域电机多数运行在低频工况,本文对MMC模型低频情况进行探讨,提出一种低频控制方案,并通过仿真验证理论分析的正确性和方法的可行性。