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包括分布式发电、储能装置和电动汽车在内的分布式电源的大规模接入,将显著改变电网结构,给电网的安全稳定运行带来一系列影响。作为分布式电源并网的接口,多电平变换器得到广泛应用,尤其是高性能多电平变换器的涌现为分布式电源大规模无缝并网提供了契机。未来电网定将会呈现为一个以高性能多电平变换器为构架,具有储能功能,分布式发电高渗透的智能电网。然而,随着智能电网中柔性直流输电和分布式电源技术的发展,柔性直流输电直流故障自清除问题和分布式电源并网的多端变换器问题日益凸显。为了解决这两个问题,本文对现有的多电平变换器进行改造,提出了具有直流故障自清除能力的混合MMC和多端混合多电平变换器两类混合多电平变换器拓扑,并对其工作原理、波形调制及直流电容电压均衡进行了深入细致的研究。首先,针对柔性直流输电直流故障自清除问题,本文提出了桥臂非对称的混合MMC、交流侧级联H桥的混合MMC和直流侧级联H桥的混合MMC三种直流故障自清除的混合MMC拓扑,并阐述了它们的工作原理。对于桥臂非对称的混合MMC,研究了其PSC-PWM调制方法与直流电容电压排序均衡方法;对于交流侧级联H桥的混合MMC,研究了其混合调制方法、级联H桥的调幅和移相两种能量均衡方法及直流电容电压排序均衡方法;对于直流侧级联H桥的混合MMC,研究了其混合调制方法、级联H桥的PI反馈调节能量均衡方法及直流电容电压排序均衡方法。仿真结果验证了提出的直流故障自清除的混合MMC电路及其控制方法的正确性,表明它们具有良好的动态运行和直流故障自清除特性。然后,针对分布式电源并网的多端变换器问题,本文提出了交流侧级联H桥的九开关混合变换器和九开关组混合MMC变换器两种多端混合多电平变换器拓扑,并阐述了它们的工作原理。对于交流侧级联H桥的九开关混合变换器,研究了其混合调制方法;对于九开关组MMC,研究了其PSC-PWM调制方法。仿真结果验证了提出的多端混合多电平变换器电路及其控制方法的正确性最后,本文给出了直流故障自清除的混合MMC在柔性直流输电中的单极系统、双极系统与三极系统三种应用构架,并探讨了直流电容预充电和直流故障自清除过程;给出了多端混合多电平变换器在分布式电源接入交、直流电网中应用构架,并介绍了分布式电源的独立运行与互补运行。这对推广所提出的混合多电平变换器在智能电网中的应用具有重要意义。