模块化多电平换流器(MMC)由于具有模块化易扩展、冗余特性好、输出谐波含量低、功率器件开关频率低等优点，使之成为近年来的研究热点，经过十几年的发展与研究，MMC在新能源并网、城市供电、孤岛送电等领域有着广阔的应用前景。但是随着应用领域的扩展以及MMC本身特性，仍然有许多亟待解决的问题，如子模块电容电压波动、桥臂二倍频环流、桥臂能量均衡控制、桥臂子模块独立控制等等。　　本文首先对MMC的拓扑结构及工作原理进行了分析，构建了MMC的数学模型与等效电路图。其次分析了桥臂子模块电容电压波动与桥臂二倍频环流的产生机理，研究了子模块电容电压不平衡的原因以及危害，与不同种类排序算法的相同点与不同点。之后推导了不同工作情况下的MMC能量流动形式，构建了通用数学表达式，为控制器设计提供了理论依据，最后依据理论分析与推导，构建了外能量环控制器、内能量环控制器、二倍频环流控制器，同时提出了一种通过排序算法实现的桥臂子模块电容电压独立控制方案。　　为验证理论分析的正确性，设计并搭建了基于分层思想的三相MMC实验平台，具体包括:MMC硬件系统设计和软件控制系统设计。其中硬件系统设计包括主电路设计及主控制器(DSP)、桥臂控制器(FPGA)、子模块控制器(CPLD)的设计。软件控制系统设计包括上述三层控制器的软件设计。在此实验平台的基础上，进行了基于载波层叠调制策略、上下桥臂能量和与能量差控制算法以及桥臂子模块电容电压排序法的并网实验，实验结果表明了方案的可行性。