作为一种高度模块化的拓扑,模块化多电平变换器（Modular multilevel converter,MMC）具有易拓展、谐波特性好、电压应力低、便于冗余设计等优势,被广泛应用于基于电压源型变换器的高压直流输电领域。随着输电等级和输送功率的提升,MMC子模块数量成倍增加,装置体积庞大。针对该问题,本文重点分析了两种MMC轻型化拓扑:并联混合型MMC和串联混合型MMC,并对其控制策略进行设计与验证。本文在分析传统MMC工作原理、数学模型及参数选取原则的基础上,对常用的调制策略与均压策略进行介绍与验证,并对并联混合型MMC和串联混合型MMC的拓扑及控制策略进行深入探讨。为实现轻型化设计目标,本文研究了一种并联混合型MMC拓扑,利用桥臂和换相电路的并联作用实现多电平输出。直流侧电压相同时,并联混合型MMC需要的子模块较少,且仅需要一个电抗器。本文对其工作原理和数学模型进行研究,并给出子模块电容的参数选取原则。同时,针对在变调制度工况下的运行策略,深入研究了三次谐波注入法和零序电压注入法。最后,通过仿真分析,对并联混合型拓扑结构的正确性、不同调制策略的适用性、三次谐波注入法以及零序电压注入法的有效性进行验证。本文将桥臂与换相电路串联,提出一种串联混合型MMC拓扑。直流侧电压相同时,串联混合型MMC所需子模块更少,且不需要装设电抗器。首先,对其工作原理和数学模型进行分析,为维持桥臂能量平衡,提出一种双模式工作思路,并设计双工作模式的切换策略:半周隔离法和过零点隔离法。其次,推导过零点隔离法作用下子模块电容和子模块数的选取原则。最后,搭建仿真模型,对串联混合型MMC拓扑的正确性、半周隔离法和过零点隔离法的控制效果、不同调制策略的适用性进行分析,验证前文所提的子模块数选取原则。为综合对比并联混合型MMC及串联混合型MMC的轻型化效果,本文设计了三相仿真模型和热仿真模型,从装置体积、输出特性和损耗等多方面进行分析。同时,设计硬件在环实验,对比分析三种拓扑的稳态性能和动态特性。仿真及实验结果表明并联混合型MMC和串联混合型MMC均可达到轻型化设计目标,并且具有良好的稳态性能和动态特性。