模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其模块化程度高、易于实现冗余设计等结构优点,以及系统高效、可靠、输出谐波小的运行特点,特别适用于中、高压功率变换场合。因此,对于MMC的相关研究具有重要的理论和现实意义。本文从MMC的基本模型结构和运行原理出发,对调制方式与电容电压均衡策略、环流分析与控制进行对比分析和改进,论文的重点是对MMC电容电压观测器设计等方面的分析研究,利用观测器有效地减少了系统中电压传感器数量,通过观测器的估计值可以很好地实现上述控制策略。文章主要内容如下:1)比较MMC常用的调制方式,包括最近电平调制、载波移相调制、载波层叠调制和特定子模块脉冲宽度调制,并分别介绍适用于上述调制方式的不同电容电压均衡策略。对于适用性较广的排序均衡法,采用指定排序频率,保证满足均衡要求的同时减小开关损耗。2)分析环流产生原因,并结合上述指定排序频率策略,采用实际子模块电容电压的逼近策略,减小桥臂实际输出电压与期望值之间的偏差,并通过仿真证明该控制策略可以有效减小高频环流和子模块电容电压波动。3)在MMC控制系统中,电容电压均衡和环流控制的实现都需要用到模块电容电压。但是当系统的电压和功率等级较高时,桥臂子模块和传感器数量较多,使硬件复杂度提升,成本增加。为了减少传感器数量,本文根据无源性理论和持续充分激励条件设计MMC降维观测器,由观测器估计子模块电容电压从而代替电压传感器,并通过理论证明观测器的一致渐进稳定性,具有很好的工程实用价值。