模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)拓扑具有运行效率高、波形质量好、无需器件直接串联等优点，是柔性直流输电领域最具技术优势的换流器方案之一，在实际工程中应用广泛。随着柔性直流输电工程建设的迅猛发展，换流站的电压、电流等级不断增加，运行工况日益复杂，如何提升换流器在严苛、复杂工况下的运行可靠性成为工业界和学术界共同关注的研究热点。功率器件结温及其热摆幅是影响电力电子装置可靠性的关键因素，换流器中功率器件热应力的准确刻画和主动控制是实现换流阀可靠性提升的先决条件和有效手段。然而，由于模块化多电平换流器的器件数目繁多、运行模式多样，其热应力特征尚不明晰，热控制手段相对匮乏，为此本文从功率器件热应力问题的深度挖掘和主动控制两个层面，深入研究了MMC主动热控制的相关理论和方法，研究内容包括热控制的数学建模、机理分析、自由度挖掘和优化控制等方面，提出系列适用不同工况的主动热控制方法，取得的主要成果包括:　　首先，建立了直流电流调制比的概念，提出了基于盈余子模块主动旁路的热不均平抑方法。通过深入研究MMC拓扑的工作原理，发现桥臂电流直流分量是导致子模块器件热应力不均的主导因素，据此定义了直流电流调制比的概念，推导出直流电流调制比与子模块热不均程度之间的单调对应关系，进而建立了基于直流电流调制比的热不均评估方法，简化了MMC热应力的分析。然后，为了缓解半桥子模块内的热不均问题，利用桥臂所需子模块数随桥臂电流正负半周不同的运行规律，提出了基于盈余子模块主动旁路的热不均平抑方法，该方法可将子模块内功率器件的最高温升降低25％以上，且对MMC端口电压、电流影响不大，有效改善了MMC的运行可靠性。　　其次，揭示了混合型MMC在电压调制比大于1时的子模块热不均加剧诱因，提出了基于对称调制的热应力主动均衡策略。在剖析混合型MMC半桥及全桥子模块电容电压失衡机理的基础上，提出了基于两倍频环流注入的电容电压平衡策略，大幅提高了混合型MMC的交流电压运行范围。在此基础上，进一步研究了混合型MMC在电压调制比大于1时的热应力特征，揭示出混合型MMC的子模块热不均问题比半桥型MMC更为严重，并证明了直流电流调制比概念在混合型MMC中的适用性。为降低混合型MMC的子模块热应力不均，提出了基于对称调制的主动热控制方法，使得全桥及半桥子模块中功率器件的温升降幅均达20％以上。　　再次，证明了相间热应力不均是MMC在不对称工况下的共性现象，提出了基于中点移位的相间热应力主动均衡方法。借助通用电气模型及直流电流调制比概念对MMC在不对称工况下的热应力进行综合评估，发现MMC三相直流电流调制比不对称会引发相间热应力不均现象。进而，基于矢量分析法揭示出MMC交流电压矢量在电流方向投影不均是导致三相直流电流调制比不对称的主要原因，由此提出了通过中点移位控制MMC交流电压，来均衡三相直流电流调制比的主动热控制策略，实现了MMC在不对称工况下的三相间热应力均衡，有效降低了MMC功率器件的最高结温。该方法对环流抑制、输出特性等MMC电气特征负面影响较小，有效改善了MMC换流器不对称工况下的综合性能。　　最后，梳理了现有热控制自由度，提出了自由度组合的热应力优化及主动控制方法。通过对现有热控制自由度进行综合分析，发现MMC的各类热控制自由度实现原理不同，具有层次化特征，据此提出了自由度组合的热应力优化控制方法。以组合优化思路为指导，借助共模电压注入可提升MMC盈余子模块数及短路故障下盈余子模块数增加的特点，提出了基于共模注入-主动旁路组合的主动热控制方法和基于中点移位-主动旁路组合的主动热控制方法，进一步降低了MMC对称及不对称工况下的器件热应力，证明了组合优化方法的有效性。　　本文以柔性直流输电系统MMC换流器的可靠性提升为研究背景，提出多种主动热控制方法，有效降低了MMC换流器在各类运行工况下的器件最高结温，并克服单一热控制方法适用范围的局限，提升了主动热控制的作用效果。最后通过搭建可实现结温在线检测的25电平MMC实验平台对上述理论分析进行验证，实验结果证明了热应力分析结果的正确性及热控制方法的有效性。