模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)以可扩展性强、具有公共直流母线、不平衡运行能力以及输出谐波低等优势,在柔性直流输电领域得到广泛应用。工程投运前需要通过仿真对拓扑性能进行测试,基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的硬件在回路仿真具有高速的运算能力和并行处理能力,时钟频率较高,仿真步长可达到纳秒级别,迅速成为电力电子系统实时仿真的首选。由于实际工程中的MMC高达数百电平,拓扑结构复杂,若搭建详细的开关模型会导致仿真速度缓慢,同时造成处理器的极大负担。由此可见,对高度模块化的MMC建立等效模型是最佳的解决方案,本文将从MMC特性入手,以模型精度与计算速度为导向,对模块化多电平换流器高效建模方法进行深入研究,并通过硬件在回路仿真实验进行验证。首先,详细分析了MMC的拓扑结构及运行原理,对MMC的载波移相调制与最近电平调制方法进行了研究,总结两种调制策略的适用范围。之后对MMC的基本控制策略进行了研究,具体包括:子模块电容电压均衡控制策略和环流抑制策略。并针对不同的调制方式和控制策略在MATLAB/Simulink环境中进行离线仿真验证。其次,从MMC拓扑特性出发,研究了适用于实时仿真的MMC戴维南等效暂态数值求解模型,通过模型分割解耦进行相关电气量的求解。针对模型求解中设置的延时环节,采用Hermite+二次平波插值预测校正误差。在保证模型精度的前提下,从优化计算速度入手对等效模型进行优化,编写相应的等效模型代码。最终搭建离线仿真模型验证建模方法的正确性。在MMC等效模型的基础上,以优化FPGA计算资源为目的,对多速率仿真技术进行研究,详细分析了快速子系统与慢速子系统在仿真接口处的数据交互原则,并通过离线仿真验证模型精度。之后分析了多速率仿真在FPGA中的资源消耗,并与单速率仿真的资源消耗进行对比。相比单速率仿真而言,多速率仿真极大程度地优化了FPGA计算资源。最后,以5电平MMC为例对本文建模方法进行实时仿真验证,搭建MMC等效模型,连接相应的数字控制器,在d SPACE实时仿真平台上进行硬件在回路仿真实验,并与真实的MMC硬件平台得到的实验结果进行对比。之后对其进行FPGA资源消耗分析,并观察不同电平的MMC等效模型的资源消耗占比,实验结果验证了本文建模方法的正确性和有效性。