模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)具有模块化的结构、优良的谐波特性以及灵活的控制性能，极大地推动了柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)技术的发展。基于MMC的柔性直流输电技术被广泛地用于风能、太阳能等清洁能源大规模并网发电以及交流电网异步互联等领域。随着清洁能源装机容量以及输电需求的不断增大，目前MMC的容量已经达到1000MW。对于该级别的MMC来说，开展换流器损耗特性以及降损策略等相关研究，对提高系统运行的安全性和经济性有显著的意义。本论文从MMC损耗计算模型、效率优化策略、子模块电容不一致时的降损控制策略以及子模块故障下桥臂能量再平衡控制策略四方面进行了深入的分析。　　作为整篇论文的理论基础，以半桥型MMC为例，分析了其工作原理和损耗特性，并从桥臂的角度出发提出了一种基于桥臂电流绝对值和有效值的MMC损耗简化计算模型。该模型避免了子模块开关动作复杂性对损耗计算准确性的影响，且与传统损耗计算方法相比，所提模型的显式表达式能够更加直观地体现系统参数、运行工况以及均压算法与MMC损耗的关系。±350kV/1000MWMMC的PSCAD/EMTDC仿真以及云南鲁西背靠背直流异步互联工程现场的实验结果验证了所提出损耗简化计算模型的正确性和准确性。　　MMC正常运行时，桥臂电流中存在二倍频谐波环流分量。传统观点认为，该环流分量会增加换流器的损耗。因此，通常采用二倍频谐波环流消除的方法降低MMC损耗。本文分析了MMC损耗与该环流之间的关系，推导了效率最优的环流幅值和相位的表达式，结果表明传统的将二倍频谐波环流消除的控制策略不能使MMC损耗最小。同时，提出了一种基于二倍频谐波环流注入的效率优化控制策略。最后，通过±350kV/1000MW MMC的PSCAD/EMTDC仿真和硬件在环仿真实验，以及MMC小型样机实验，验证了最优环流幅值和相位分析的正确性以及所提出效率优化策略的有效性。　　在实际工程中，由于生产批次以及初始状态不同，MMC子模块电容之间存在分散性。论文从模块电容电压波动的角度，分析了电容不一致时子模块的开关特性，推导了电容不一致的异常子模块和正常子模块的平均开关频率的解析表达式，并分析了电容不一致对子模块损耗和可靠性的影响。提出了一种异常子模块的降损耗控制策略，该策略通过控制异常子模块的投入使能区域，使其尽量在小电流处导通放电，以降低异常子模块的开关频率和损耗。在±350kV/1000MW MMC的PSCAD/EMTDC仿真模型以及360V/3.8kW MMC小型样机实验平台上验证了所提出的降损耗控制策略的有效性。　　另外，MMC发生不对称子模块故障时，会在直流电流中引入基频波动，影响MMC运行性能。针对该工况，同时考虑上桥臂和下桥臂的故障子模块数，分析了直流电流中基频波动的产生机理，并推导了MMC桥臂间能量平衡的必要条件。据此，提出了一种桥臂能量再平衡控制策略，以抑制直流电流中的基频波动。与传统控制策略相比，在额定冗余运行域内，所提出的控制策略无需提高子模块电容电压且具有低损耗特性。此外，还分析了采用所提控制策略时MMC的最大安全运行域。分析表明所提控制策略能扩展MMC的安全运行域。±350kV/1000MW MMC的PSCAD/EMTDC仿真以及硬件在环仿真实验验证了所提桥臂能量再平衡控制策略的有效性与正确性。