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自基于电压源型换流器(Voltage source converter,VSC)的高压直流输电技术(High voltage direct current,HVDC)出现以来,直流输电的换流元件在不断地革新。早期的HVDC都是采用两电平或三电平换流器技术,由大量IGBT直接串联成阀,虽然电路结构简单,但技术难度很大,并且损耗较高。模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)是一种新型的电压源型换流器,有着高度模块化的结构,易于扩展系统和实现冗余控制,开关频率低,输出电压波形良好,近年来被广泛应用于柔性直流输电中(VSC-HVDC)。本文首先介绍了VSC-HVDC的发展背景以及最新工程应用,介绍了几种典型的多电平换流器及其优缺点,分析了模块化多电平换流器的研究现状,详细分析了柔性直流输电的优点和采用MMC的柔性直流输电(MMC-HVDC)的结构特点。本文结合MMC的拓扑结构和数学模型分析了其工作原理,针对MMC的应用特点,研究了MMC的矢量控制方法,并且研究了MMC常用的几种调制策略,重点分析了本文所应用的载波移相脉宽调制(Carrier phase shifted pulse width modulation,CPS-PWM)策略。MMC直流侧的电压主要由子模块(Sub-module,SM)电容电压支撑,子模块的投切状态决定MMC的工作状态,为了防止故障子模块影响系统正常运行,必须设定冗余子模块,对冗余子模进行一系列研究可使冗余系统发挥最大效益。本文研究了模块化多电平换流器的冗余结构,分析了MMC冗余结构的数学模型,在此基础上,研究了冗余子模块数目的配置方法,以及子模块常见的几种故障情况以及保护开关,并介绍了MMC的常用的几种冗余保护方案,提出了新的MMC动态冗余方案。结合MMC的动态冗余情况,提出了MMC冗余运行时的优化调制方法。为抑制桥臂环流和子模块电容电压波动,应用了环流抑制策略以及优化的电容电压均衡控制策略。最后,为了验证以上控制策略和冗余方案的正确性,在Matlab/simulink仿真软件中构建仿真模型,仿真结果表明,环流抑制策略和电容电压均衡策略均有效,提升了MMC的性能,提出的动态冗余控制策略可以保证冗余MMC系统正常工作并保持子模块电容电压稳定,系统整流侧可输出良好的直流电压,发生故障后切除故障子模块,冗余子模块进入运行,子模块故障不影响系统工作。