模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)已在直流电网和新能源汇集等领域发挥重要作用。MMC中的子模块(submodule,SM)的数目因工程需求正不断增加,且各种功能先进结构复杂的单端口子模块拓扑正不断涌现,而随着对MMC的功能要求的不断增多,各种功能多样结构更加复杂的多端口子模块也不断的出现。针对MMC电磁暂态仿真效率低下的问题,目前已有的许多MMC模型可大幅提高仿真效率并保证很高的仿真精度,然而已有的单端口子模块MMC模型大都基于半桥和全桥子模块建立,而对于多端口子模块来说,现有模型仅对双端口子模块MMC进行了建模分析,因此现有模型通用性较差。因此,急需建立高效率高精度的通用的电磁暂态模型来适应各种不断出现的单端口或双端口子模块拓扑以满足仿真速度和精度的需求。针对上述问题,首先针对结构较为简单的任意单端口子模块构成的MMC进行研究,以戴维南等效模型和嵌套快速同时求解算法为基础,提出一种适用于任意单端口子模块MMC的通用的电磁暂态等效建模方法。所提出的建模方法本质上是将子模块内部节点的信息转移到外部节点以消去内部节点,从而获得降阶后的子模块诺顿或戴维南等效电路,在等效电路进行一个步长的求解之后,可以通过反解迅速更新全部子模块的内部信息。该方法统一了戴维南模型的参数求解过程,对任意结构的单端口子模块构成的MMC具有很强的通用性。同时提出一种增强型的单端口双半桥子模块拓扑,并利用所提通用算法在PSCAD/EMTDC中搭建增强型双半桥子模块MMC的等效模型进行仿真验证。其次,根据所提出的单端口子模块MMC电磁暂态模型的理论以及目前现有的针对双端口子模块MMC的电磁暂态模型,提出一种针对多端口 MMC的电磁暂态通用建模和实现方法,它对传统的单端口 MMC和新近出现的双端口 MMC都适用。该建模方法是在单端口子模块MMC通用模型理论的基础上提出的,因此其对桥臂中大量结构相同的级联子模块进行等效的同时保证消去的节点信息都可以被精确反解。同时提出一种MMC拓扑自动识别方法,可以大幅降低模型用户在对特定拓扑建模时候的工作量,在拓扑变化时用户仅需更改相关的几个参数矩阵即可实现拓扑变更,绝大部分模型代码都可以继承。此外,在MMC的电磁暂态仿真中,目前绝大多数模型包括所提出的模型仅针对换流阀(一次系统)进行了简化,而随着一次系统模型复杂度的降低和电平数的升高,排序算法又成为了影响MMC电磁暂态仿真效率的主要因素,已有的MMC模型在仿真超高电平MMC多端直流电网时,仿真效率依然较低。有文献基于开关器件关断电阻无穷大并采用后退欧拉法,针对一种理想型的全桥型MMC等效模型提出了一种线性排序算法,该排序算法的最大时间复杂度与子模块个数呈线性关系,可降低排序计算复杂度。以单端口子模块MMC的建模方法的理论——快速嵌套同时求解法为基础,证明了在梯形积分和后退欧拉电容离散化方法下,全桥子模块中关断电阻为实际值时该排序算法依然适用,从而该模型可用于子模块内部故障的仿真。通过更具一般性的证明分析了该线性排序算法的本质机理,指出该算法分组的依据并分析了该算法对基于其他拓扑的MMC戴维南等效模型的适用性及其优缺点,同时也分析了该算法是否适用于所提出的通用建模算法。