基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统,具有谐波含量低、开关频率低、损耗小等特点,是柔性直流输电工程的优选拓扑结构。实际运行中交流系统不对称工况时有发生,如交流电网电压不平衡、负荷不平衡和参数不对称等都会引起交流系统不对称而产生负序分量。MMC内部动态特性非常复杂,而且内部动态特性和外特性的耦合关系,使得其动态模型与小信号稳定性和交流系统对称工况时差别较大。因此,研究交流系统不对称时MMC-HVDC系统的动态模型及其小信号稳定性,具有重要的理论价值和工程意义。首先,研究了交流系统不对称时MMC-HVDC系统的数学模型和控制策略。为了抑制交流侧负序电流,控制系统需要额外考虑相序分离环节和负序电流抑制控制器,开关函数模型也需要加入由负序电流抑制控制器产生的修正分量,MMC由于开关函数作用导致其内部产生大量的不可忽略的正序、负序、零序分量。然后,在统一的dq坐标系下建立了交流系统不对称时包含交流系统、MMC换流站、控制系统和直流系统动态特性的MMC-HVDC系统的动态模型。其中,MMC换流站的动态模型考虑了其内部新增的子模块电容电压基频不对称分量、基频负序及零序、二倍频正序及零序分量和桥臂电流的基频不对称分量、基频负序、二倍频正序及零序分量,控制系统主要考虑相序分离环节、正序以及负序电流矢量控制器和环流抑制控制器的动态过程。在PSCAD/EMTDC中搭建双端201电平MMC-HVDC系统,通过对比动态模型和详细的电磁暂态模型在有无负序控制时直流电压和无功功率阶跃的动态特性,验证了所提出的动态模型的正确性。最后,建立了交流系统不对称时MMC-HVDC系统的小信号模型,并采用特征根分析研究了正序电流矢量控制器和环流抑制控制器在交流系统不对称与对称两种工况下参数的可行域和模态阻尼特征,通过参与因子法揭示了主导模态的关键参与电气和控制变量;同时研究了负序电流抑制控制器参数对MMC-HVDC系统小信号稳定性的影响。