柔性直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技术作为当今最先进的直流输电技术,为输电工程中遇到的许多技术性难题提供了解决方案,也为输电技术由交流为主转变为交直流输电共存打下了坚实的基础。其中,作为柔性直流输电技术中最有应用前景的模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其独有的技术优势,而成为目前国内外学者研究的热点。论文以MMC-HVDC为研究对象,针对交流系统不对称故障下换流器优化控制问题进行了系列研究。首先,详细介绍了MMC拓扑结构及相关工作原理,从系统级控制、换流站级控制和换流阀级控制三个方面出发,对MMC-HVDC系统分级控制原理进行了简要阐述,比较了最近电平调制策略和载波移相调制策略适用的场景,并对MMC内部环流产生机理进行了分析。其次,基于MMC桥臂瞬时功率,对MMC内部桥臂能量动态机理进行了分析,探寻能量流动的影响因素,构建了 MMC内部能量流动与桥臂电流各分量间的耦合关系,根据分析结果设计了 一种适用于电网电压不对称工况下的MMC内部桥臂能量平衡控制策略,并通过Matlab/Simulink搭建了 37电平MMC-HVDC系统仿真模型,验证了所提的策略能很好地实现MMC相间以及同相上下桥臂间的能量平衡。最后,论文分析了MMC-HVDC系统交流侧发生不对称故障时的交流侧运行特性,推导了直接功率控制下交流系统三大控制目标对应的功率补偿分量,同时引入了 一种无需计算功率补偿分量的新型瞬时功率的概念,基于两种瞬时功率理论分别进行了交流侧控制策略设计;为避免经典控制理论中控制结构复杂等问题,论文结合所提出的MMC桥臂能量控制方法及现有的改进子模块电容电压均衡控制方法,设计了一种MMC-HVDC系统交流侧不对称故障下基于模型预测控制理论的换流器控制策略,以实现对交流侧、MMC桥臂能量以及子模块电容电压的协同控制,随后通过MATLAB/SIMULINK平台搭建1 1电平MMC-HVDC系统仿真模型对所提出的控制方法进行验证,并针对两种瞬时功率理论下的交流侧控制效果进行了分析和讨论,仿真结果表明所提控制策略能很好的实现电网电压不对称下MMC交流侧及内部变量的协同控制,且基于新型瞬时功率理论的直接功率控制在抑制有功功率波动时具有一定的优越性。