模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)作为一种新型的电压源型换流器,有着高度模块化的结构,可以叠加输出很高的电平,开关频率低,输出电压波形良好,在高压大功率场合获得了较为广泛的应用。同时,MMC含有大量的子模块,这既增大了系统的故障率,也使子模块故障检测的难度加大,为了快速维护系统,减少成本,提高其稳定性,及时的检测并定位出故障子模块并采取可靠的故障容错措施是一个迫切需要解决的问题。传统故障子模块检测方法是通过在子模块安装电压传感器,对电容电压进行分析后进行状态判断。对高电平MMC而言,桥臂子模块的数量可达到数百之巨,会造成成本的增加和系统的复杂。本文重点分析了MMC子模块IGBT故障时的电路工作情况及故障表现形式,提出了一种只需采集桥臂输出电压,结合子模块开关信号的MMC子模块故障的检测和诊断方法,该方法只需少量的传感器,减少了成本。文章首先对MMC的拓扑结构、数学模型、工作原理和常用的调制策略进行了介绍,重点分析了最常见的载波移相脉宽调制策略和最近电平逼近调制策略。然后结合MMC子模块的运行原理和故障特性,针对子模块中最常见的IGBT开路和短路故障提出了无子模块传感器的MMC子模块故障检测方法,该方法结合子模块中IGBT的控制触发信号,从桥臂输出电压中分离出各子模块的输出电压,再根据子模块输出电压的变化情况判断其故障状态。通过搭建基于MATLAB/Simulink的7电平MMC故障仿真平台,对所提出方法进行了仿真,验证了所提方法的有效性。然后本文分别介绍了对称旁路、中性点偏移和冗余备份等常用的MMC故障容错控制方案,分析了这几种容错方法的实现原理,最后,从容错性能、软件复杂度、硬件复杂度和硬件成本等角度对可行的故障容错方案进行了综合比较。