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基于电压源型变换器的高压直流输电(VSC-HVDC)的兴起使得与之相关的高压大功率变换器再次成为人们关注的焦点,模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)以其高度模块化、低输出畸变率、高可靠性等优点脱颖而出。近年来,关于MMC的研究仍侧重于建模、子模块电容电压平衡、内部环流抑制等控制层面,但是与MMC控制系统架构设计及其在样机中具体实现方法有关的研究并不多,故本文以此作为重点展开研究。主要内容包括：1)以MMC的拓扑结构、工作原理、调制策略等理论为基础,对已有的MMC两级控制系统架构和三级控制系统架构进行了分析。两级控制系统架构由主控制器和辅助控制器组成,三级控制系统架构则在此基础上增加了一级子模块控制器,虽然解决了前者子模块电容电压不隔离及采样复杂的问题,但辅助控制器与每个子模块控制器间均需2根下行光纤分别传输PWM脉冲信号、保护信号,以及1根上行光纤传输子模块信息,当子模块个数较多时,光纤使用总量变大。若辅助控制器中的PWM调制改由子模块控制器完成,可只需1根下行光纤传输调制信息,但子模块控制器间的同步使得控制系统愈发复杂。2)提出了一种基于光纤复用技术的MMC三级控制系统架构,并将其具体化为主控制器、相控制器和子模块控制器。主控制器是系统控制的核心,相控制器用于实现相内PWM调制及子模块电容电压平衡,子模块控制器用于生成开光管驱动信号、子模块保护及子模块信息监测、上报。但相控制器发送给子模块控制器的PWM脉冲信号及保护信号等命令信息被调制成不同的矩形脉冲,仅通过同1根下行光纤传输,达到了节省光纤使用总量的目的。此外,由于PWM调制交由相控制器直接完成,只需确保各个相控制器间的同步,简单且易实现。3)在上述基础之上,设计并搭建了一台单桥臂子模块个数为8的MMC样机,并通过实验验证了所提出的控制系统架构的可行性。首先介绍了该架构采用的DSP和FPGA这两类控制器；对相控制器间同步的必要性及可行方案进行了简要分析之后,重点分析了各个控制器间的信息交互内容、协议及相关FPGA的具体设计方法；然后以样机为例给出了MMC子模块个数N、子模块电容C及桥臂电感L的设计方法,并分类介绍了主控板及其扩展板、相控板及其扩展板和子模块电路中硬件设计的关键部分；最后,在样机平台上进行了逆变实验,并给出了部分稳态及动态实验波形。