随着电力电子技术的迅速发展,多电平换流器及其相关技术的研究已经逐渐成为了高压大功率电力应用领域的研究热点。模块化多电平换流器（MMC）作为一种新型的多电平换流器拓扑结构,以其独特的结构优势,克服了传统多电平换流器的不足,在直流输电领域获得了广泛认可。本文以MMC为研究对象,针对传统的整数阶PI控制器参数自由度选择受限而导致的MMC的直流侧电压和环流控制效果欠佳问题,以及传统算法整定控制器参数易陷入局部最优解和收敛速度慢的问题,提出了基于蚁群模拟退火算法的MMC分数阶PIλ控制器的设计思路及方法,主要包括以下内容:首先,简单阐述了本文的研究背景和意义,围绕MMC的拓扑结构和工作原理展开说明,详细阐述了 MMC的拓扑结构、子模块运行机理,推导出MMC的数学等效模型,对MMC的控制方式和调制策略分别做了分析。其次,根据分数阶控制器的相关理论,搭建了分数阶控制器的功能模块。针对分数阶PIλ参数的整定问题,本文对蚁群算法和模拟退火算法的优缺点进行了分析,为了克服两种算法本身存在的缺点,对传统蚁群算法的信息素更新规则进行了改进,并在改进的蚁群算法中引入模拟退火算法核心的Metropolis准则,提出了蚁群模拟退火算法。蚁群模拟退火算法以时间乘绝对误差积分准则作为目标函数,并在采用定直流电压PIλ控制器的MMC模型上分别对三种算法进行仿真。通过仿真验证了所提算法对于控制器参数整定具有更快的收敛速度和更佳的参数寻优效果。最后,为了验证分数阶控制器应用于MMC上的优越性,分别把分数阶控制器应用到定直流电压控制器和环流抑制控制器中,并与整数阶控制器系统比较。采用定直流电压PIλ控制器的MMC系统,通过仿真验证了分数阶控制器的引入使直流侧电压具有更好的动态特性,此外在交流网侧出现骤升扰动时直流侧电压具有更好的鲁棒性。采用环流抑制PIλ控制器的MMC系统,通过仿真验证了分数阶控制器的引入使得系统桥臂的环流得到了进一步的抑制。