近年来,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借着模块化设计、输出波形质量好、便于四象限运行、器件开关频率低、故障处理能力强等优点,在中高压领域取得了广泛的应用。本文以MMC为研究对象,采用理论分析、软件仿真以及实验验证相结合的研究方法,主要针对基于电容电压排序的传统均压策略和传统的子模块电容电压检测方法的不足进行优化研究,具体内容如下:首先,介绍了 MMC的基本结构和运行机理,并分析了 MMC两种常见调制策略的基本原理:载波移相调制(Carrier Phase-Shifted PWM,CPSPWM)和最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM),解释了 CPSPWM调制应用于电平数较少场合和NLM调制应用于电平数较多场合的原因。同时介绍了两种调制下的均压控制策略,并着重分析了基于电容电压排序的传统均压策略存在器件开关频率过高和在MMC电平数较多时存在排序运算量较大的不足,为下文的分析做好理论准备。接着,针对传统均压策略的不足,提出了一种采用基数排序算法的优化均压策略。首先分析基数排序算法的原理,指出了在桥臂子模块(Sub-Module,SM)过多时,将基数排序运用于MMC的均压控制,可减少排序运算量,提高均压速度;接着根据子模块电容电压的波动允许范围对基数排序算法进一步优化,通过减少基数排序中“收集”和“分配”的次数,能够进一步减少排序运算量,同时也避免了子模块电容电压发生微小的变化,而引起不必要的开关动作,大量减少了开关频率,降低了开关损耗;最后通过仿真验证了本文提出的优化均压策略正确性和有效性。其次,针对传统的子模块电容电压检测方法需要与子模块相同数量的电压传感器,增加了系统成本和数据采集系统的负担等问题,提出了 NLM调制下一种改进的子模块电容电压检测方法。该方法对桥臂上的子模块进行分组,每组只需一个电压传感器对输出电压进行检测,通过检测的子模块电容电压对电容电压观测器的观测值进行复位校正,从而得到每个时刻电容电压值,并提出了提高电容电压复位校正次数的两种方法:减少每组子模块的个数和改进的均压控制算法;最后通过仿真验证了改进的子模块电容电压检测方法的正确性和有效性。最后,详细地介绍了单相九电平MMC实验系统的设计,包括桥臂电感、子模块电容、功率模块及驱动的设计,DSP+FPGA组成的硬件控制电路设计,以及DSP和FPGA的软件流程图设计,同时在搭建的实验平台上对本文提出的优化均压策略进行充分试验,验证了本文提出的优化均压策略的正确性和有效性。