模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其独特的技术优势己在世界柔性直流输电(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)领域取得了广泛的应用,工程的电压等级和传输容量不断提升且朝着多端系统的方向快速发展,展现出十分广阔的前景。目前,国内外关于MMC的研究集中在离线仿真层面的数学建模、调制方法和控制策略上,而实时仿真平台或实物仿真可以在工程投运之前对控制系统进行测试,对实际工程具有重要的意义,目前关于该方面研究不是特别深入。此外,针对多端MMC系统或直流电网的较为精确的仿真建模研究也较少。针对上述问题,论文开发了一种基于RT LAB的高效MMC实时仿真模型,该模型适用于超高电平的MMC系统的实时仿真,相比现有的opal_RT公司开发的MMC模型占用资源更少。同时,针对多端MMC系统难以精确仿真的问题,论文提出了一种综合考虑模型精度和计算效率的最佳电平等效仿真方法,并选取三端MMC系统作为算例,验证了所提出算法的可行性与有效性。具体内容如下:首先,综述了 MMC发展过程和换流器建模的研究现状,分析了 MMC基本拓扑结构和运行原理、数学模型、调制策略与稳态控制方法。其次,分析了传统的基于戴维南等效MMC模型,开发了一种基于RT LAB的高效MMC实时仿真戴维南整体等效模型,该模型既简化了换流器等效电路,又提出了相应的高效排序算法,使得开发的模型计算复杂度随着电平数的增加呈线性增长。此外,还将该高效排序算法改进后推广至常规MMC模型的排序均压,大大降低了现有排序均压算法的复杂度。采用状态空间节点(State Space Nodal,SSN)算法,将换流器分割成多个子网络求解,该模型可以实现超过601电平MMC双端系统实时仿真。最后,基于经典戴维南等效MMC模型,综合考虑精度和计算复杂度,提出了一种多端MMC系统的精确仿真方法。提出了精确仿真不同电平MMC时的仿真步长计算方法。采用改进层次分析法分析MMC等效模型的相对仿真误差,同时测量一系列不同电平数的MMC仿真用时,采用归一化方法和曲线拟合,得到了最佳仿真电平数。进一步地,根据不同场合对精度和效率的需求,获取不同权重比下的综合MMC等效仿真最佳电平数。最后,选取仿真算例验证了 MMC电平数优化设计方案中最佳电平的合理性。