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相对于传统的基于晶闸管的端对端直流输电,基于电压源换流器(Voltage Source Convertor, VSC)的多端直流输电(Multi-Terminal Direct Current, MTDC)与直流电网(DC Grid),能够实现四象限运行,多电源供电和多落点受电,在区域电网异步互联及可再生能源并网方面优势明显。MMC作为一种最有前途的高压大容量换流器拓扑,受到了人们的极大关注,其优势包括：采用模块化设计,其电压等级很容易扩展；采用冗余设计,其可靠性大幅提高；其开关频率较低,因此,其开关损耗较小；采用多电平设计,其输出的交流电压畸变率很低；不需要交流滤波器。本文以电压源换流器为基础,研究了MMC的拓扑结构与数学原理,基于子模块和子模块组的拓扑结构以及闭锁、半闭锁和解闭锁状态,提出了子模块和子模块组的等效电路以及数学模型,通过其等效电路及数学模型,可以模拟子模块和子模块组的闭锁、半闭锁和解闭锁工作状态,并对其等效电路和数学模型进行了简化。在此基础上,建立了MMC的五种不同简化程度的仿真模型,在研究MMC时,可以根据不同的研究目标,选用不同简化程度的仿真模型。基于MMC的不同简化程度的仿真模型,分别研究了：1.MMC的启动充电,提出了半闭锁充电过程,可以将MMC的电容电压充到稳态运行时的电压值,使MMC的交流侧电流在解闭锁后没有过冲,没有畸变；2.研究了MMC的分组调制算法,提出了取整修正量移位算法,该算法能够实现类似于载波移相的效果,此外,还研究了子模块组之间的电压平衡原理以及控制方法；3.研究了MMC中桥臂之间的环流电流产生的原因,根据环流分量的等效电路,研究了环流分量的稳态数学模型、静止坐标系下的数学模型和二倍频旋转坐标系下的数学模型,根据这三种数学模型,提出了三种不同的环流抑制算法；4.研究了子模块电容的设计方法,根据MMC稳态运行时的功率特性,推导出了电容电压的解析袁达式,通过曲线拟合的方法,求出了电容电压波动分量幅值的解析表达式,进而得出了电容电压的设计方程；5.基于MMC的简化模型,参考舟山五端直流输电系统的参数,搭建了五端直流输电系统,研究了五端直流输电系统的功率平衡与电压控制策略：包括主从控制,下垂控制,裕度控制,下垂裕度混合控制。在研究不同问题时,采用了不同简化程度的仿真模型,在保证仿真精度的前提下,大大提高了仿真速度。