模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有运行效率高、输出特性好、可拓展性强等优点,在柔性直流输电领域得到了广泛应用。本文针对现有MMC工程样机存在通用性不足的缺点,研制了一台以T型全桥子模块为基本拓扑的25电平MMC实验平台,并针对实际工程中子模块等效测试的需求,提出了一种MMC子模块运行工况等效试验方案。1.本文首先设计和搭建了以T型全桥子模块为基本拓扑的25电平MMC实验平台。T型全桥子模块通过拓扑重构可衍生出8种常见的子模块拓扑类型,由此可用于探究不同子模块和换流器拓扑的运行工作特性;另一方面,针对MMC主控制器具有输入输出(I/O)通道多,难以组织管理的特点,采用主板+功能板卡式的结构设计,实现了主控制器硬件资源的灵活配置,同时满足后期扩展的需要。2.设计了基于串行通信编码的MMC层次化控制系统方案,提升了数据传输通道的容量和可靠性,同时降低了系统成本。首先,根据系统控制任务的需求,对MMC控制系统的层次架构进行了划分,并对各级控制器的功能进行了定义。其次,由于各级控制器在时序上存在耦合,为保证各级控制器能有效配合,本文进一步对各级控制器的时序配合机制进行了设计。再次,为满足各级控制器大量数据交换的需求,提出了一种基于串行通信编码/解码思想的子模块数据传输方案,提升了数据传输通道的容量和可靠性,同时降低了平台光纤使用数目,节约了成本。最后通过相关实验验证了控制系统设计的合理性。3.提出了 一种子模块运行工况等效试验方案,分析并验证了试验电路与实际MMC系统的等效性。文中首先分析了子模块在实际MMC系统中的运行工作特性,并构建了子模块等效电路模型。在此基础上,基于运行工况等效的思想进一步提出了子模块等效试验电路,并对试验电路和实际MMC系统中的运行特性(电容电压波动和功率器件损耗)进行了对比分析,分析结果表明试验电路能等效模拟子模块在实际MMC系统中的运行特性。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方案的有效性。