模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因具有模块化程度高、容错能力强、交流侧谐波含量小等优势,已成为柔性直流输电(VSC-HVDC)工程的首选换流器拓扑。其中,子模块混合型MMC作为一种具备直流故障处理能力的换流器,在VSC-HVDC领域得到了一定的关注。当混合型MMC在稳态下利用全桥子模块(FBSM)的负电平输出能力时,电压调制比可大于1,进而可实现直流降压运行或交流提压运行。不过,在高电压调制比运行工况下,混合型MMC中两种子模块的电容电压波动特性存在差异,电容容量的设计方法与传统基于半桥子模块(HBSM)的MMC不同。本文针对混合型MMC在高电压调制比运行工况下的子模块电容容量设计方法进行了研究。首先,本文介绍了混合型MMC的基本工作原理和控制策略,建立了混合型MMC的等效数学模型,并根据高电压调制比运行需求以及直流故障穿越能力的需求,研究了混合型MMC中FBSM所占比例的设计原则。随后,本文在等效数学模型的基础上,分析了全功率因数范围内桥臂电压和桥臂电流可能存在的相位关系。同时,根据桥臂电压和桥臂电流的过零点,将一个工频周期分为四个阶段,通过分时段分析的方法,揭示了一个工频周期内,混合型MMC内部两种子模块电容充放电的物理过程,进而总结出全功率因数范围内两种子模块电容电压的波动特性。在此基础上,通过比较分析,明确了全功率因数范围内,每种波动特性下子模块电容的储能变化最大值及其选取原则,从而用于子模块电容容量的优化设计和计算。最后,本文通过PSCAD/EMTDC进行了仿真,并利用一台三相MMC样机进行实验,验证了理论分析和设计的正确性。