海上风电场的开发和建设为可再生能源的发展提供了新的契机,为应对海上风电机组大容量和远距离传输的特性,采用模块化多电平风电变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)成为一种更合适的选择,其优势在于可利用模块化手段进行升压扩容,交流侧输出谐波小,可实现能量双向流动等。本文对MMC低频工况下子模块电容电压波动的控制策略和MMC驱动永磁同步电机的小信号稳定性两个方面进行重点研究。首先,本文研究MMC在低频工况下子模块电容电压的波动特性与控制方法。推导子模块电容电压波动随频率变化的数学表达式,分析传统高频环流注入法的原理和主要缺陷。据此提出改进型高频环流注入法,以将子模块电容电压波动限制到一定范围为优化目标计算环流幅值,并设计相应的子模块电容选型方法。理论分析和仿真研究都说明该方法在保证子模块电容电压平稳的同时,能够有效降低环流幅值,减少系统损耗。其次,本文搭建单相MMC硬件实验平台,利用DSP和FPGA控制器设计闭环软件程序,用阻感负载替代电机进行实验。实验结果表明,采用改进型高频环流注入法,子模块电容电压在较小的范围内波动,所需注入的环流幅值随着频率增加不断减小,与理论分析和仿真验证相符合。最后,本文考虑子模块电容电压、相间环流等内部因素建立MMC驱动永磁同步电机系统的小信号模型。分别推导MMC电路部分和控制系统的状态空间表达式,通过预留的接口整合得到整个系统的小信号状态空间表达式。与PSCAD暂态仿真结果对比验证小信号模型的正确性;根据小信号模型中系统矩阵的特征根轨迹,分析电机控制器中的比例参数对系统小信号稳定性的影响,提出系统控制器参数的设计思路。