模块化多电平变流器（Modular Multilevel Converter,MMC）具有模块化设计、容错能力强、开关损耗低等优势,是目前最主流的柔性直流输电变流器拓扑。在高压大功率电能变换、柔性直流输电等领域,MMC子模块（Submodule,SM）数量多,传统检测方法需使用大量传感器,系统结构复杂、成本高,此外,子模块数量过多还会导致系统发生故障的概率升高。功率开关器件是子模块中最易发生故障的器件,功率开关器件的故障诊断和子模块冗余运行是提高MMC可靠性的重要方法。本文主要针对基于子模块电容电压分组检测的MMC子模块的开路故障诊断定位和冗余运行进行研究。首先,介绍了MMC拓扑结构和工作原理,分析了MMC子模块工作状态,建立了MMC数学模型,并对MMC稳态运行时直流侧电流、桥臂电流进行了分析,介绍了MMC常用的调制策略和均压策略以及提高系统可靠性的方法。其次,针对MMC子模块个数过多时需配置大量传感器的问题,详细介绍了在减少电压传感器情况下对子模块电容电压进行分组的检测方法。分析了分组检测时子模块电容电压的检测误差,计算检测误差的范围。在电容值偏移的情况下进行仿真,仿真结果表明,所提出的分组检测的检测误差计算方法能够获得检测误差范围。之后,分析了MMC子模块发生IGBT开路故障时的工作特性,提出了一种基于子模块电压分组检测的MMC子模块IGBT开路故障诊断定位方法,在简化系统的同时实现子模块IGBT开路故障诊断定位。在电容值偏移的情况下对不同类型的故障进行仿真,仿真结果表明,所提出的故障诊断定位方法在减少传感器情况下实现对子模块开路故障诊断定位。最后,介绍了常用的传统MMC的冗余控制方法,分析各种方法的优缺点;在分组检测中,分析备用子模块充电过程中其输出电压对其余子模块电容电压检测结果的影响,提出了基于分组检测的MMC备用子模块充电过程中电容电压检测方法;在传统冗余策略的基础上,增加电容电压校正环节,消除子模块充电过程中的累积检测误差,在分组检测下实现备用子模块替换故障子模块。在备用子模块电容值正常和偏移情况下进行仿真,仿真结果表明,所提出的检测方法能够在减少电压传感器的情况下实现对备用子模块电容电压的检测,完成冗余保护。