近年来,分布式电源与电力电子设备渗透率不断增加,直流配电网凭借在提高新能源渗透率、直流负荷接入等方面展现的优势得到广泛关注。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)作为直流电网和交流电网之间的关键接口设备,具有模块化设计、器件开关频率低、谐波特性好等诸多优点,已经在柔性直流输电系统中获得成功应用。但将MMC的应用场合拓展到中低压直流配电网时,传统的调制方法会带来低次谐波明显、电流畸变严重等问题。同时,直流配电网结构复杂,故障扰动概率大,对直流故障穿越能力提出了更高的要求。因此,本文研究适用于直流配电网中压MMC的调制方法和具有直流故障穿越能力MMC拓扑的控制,主要研究内容如下:(1)分析MMC工作原理及控制策略,建立MMC谐波分析理论,研究NLM、CPS-PWM的调制机理和谐波特性。当电平数较少时,NLM输出电压低次谐波含量较大,电流畸变程度较高。在中压领域,CPS-PWM具有较好的输出电压谐波特性,但需为每个子模块配置均压均流控制环节,控制复杂度增加。(2)结合NLM和CPS-PWM的调制特点,对中压MMC的混合调制策略进行研究。提出一种适用于中压配电网的最近半电平逼近(Nearest Half Level Modulation,NHLM)调制方法,并改进电容电压均衡控制策略。NHLM使MMC输出电压的等效电平加倍,从而降低低次谐波含量,相比于CPS-PWM调制,降低了开关频率,且实现过程和均压控制更加简化。推导NHLM输出电压波形的谐波表达式,为其应用到中压配电网中提供了谐波分析的理论依据。(3)在研究子模块混合型MMC直流故障穿越能力的基础上,提出一种二极管钳位混合型MMC拓扑并分析其工作原理、故障暂态特性及直流故障穿越机理。该拓扑具有简化预充电过程且直流故障清除期间能量在子模块中均衡分布的优点,结合所提出的直流故障穿越控制策略,实现了直流故障的隔离和系统的快速重启。(4)搭建Matlab/Simulink仿真,验证NHLM输出电压波形的谐波表达式的正确性,并对四种调制策略的输出电压电流谐波进行比较。基于DSP+FPGA架构控制器,搭建三相7电平MMC物理实验系统,验证NHLM调制策略的适用性。最后,搭建Matlab/Simulink仿真验证直流双极短路故障下二极管钳位混合型MMC拓扑的故障穿越能力。