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模块化多电平换流器(MMC)作为一种新型的电压源型换流器,凭借自身高度模块化的拓扑结构和良好的可拓展性等诸多优势,在直流输电领域获得了广泛认可,成为了各国学者在输电领域的研究热点。虽然MMC具有容错能力强、子模块拓展方便等诸多优势,但是高度模块化的拓扑结构以及大量子模块的级联也产生了诸多问题,其中由于子模块投切不一致而产生的环流对换流器具有较大负面影响,增大了桥臂电流峰值,提高了波形畸变率。本文重点研究了MMC内部系统的相关问题,整体围绕内部系统数学模型建立、仿真验证与分析两方面对MMC的内部动态、环流的产生与抑制等进行了研究,主要包括以下内容:(1)简单阐述了本文的研究背景和意义,对换流器与输电系统的发展与现状做了基本介绍,并且围绕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、换流器调制策略等理论,并通过公式推导建立了MMC内部数学模型;(2)建立了MMC的内环电流控制器和外环控制器,结合MMC自身数学模型建立了内环控制器的结构框图,并基于Matlab/Simulink仿真环境搭建了5电平的MMC整流系统,验证了设计策略的正确性;(3)围绕内部环流问题展开讨论。通过能量守恒对环流的产生机理进行了数学推导,指出其主要包含直流分量和二倍频分量,针对环流问题,在现有的MMC电容电压均衡控制系统的基础上,提出了基于分数阶PI的均压控制系统,利用蚁群算法的最短路径寻优能力对控制器参数进行优化整定,以时间乘绝对误差积分准则作为目标函数,通过分数阶PI的引入增强了控制器对输入指令的追踪能力,增强了电容电压均衡能力与环流抑制能力,通过仿真验证了所提策略的有效性。(4)进行了网侧电压骤升、骤降等电力扰动仿真,验证了本文所提策略的鲁棒性,最后对MMC硬件系统进行阐述,给出了软件部分的设计流程图。