柔性直流输电技术采用全控型开关器件,它可以实现有功功率和无功功率独立调节,输电能力强,设计灵活,解决了常规直流输电技术的诸多瓶颈,因此得到了长足发展与广泛应用。近年来,一种新型的电压源型换流器拓扑结构——模块化多电平换流器(MMC)得到越来越多的关注与研究,成为柔性直流输电技术的发展方向。MMC作为新一代高压大功率换流装置,具有输出波形好、无需滤波装置、可向无源系统供电点诸多优点。虽然近年来MMC成为了学术界的研究热点之一,但相对于两电平的电压源型换流器,MMC的研究仍处于起步阶段。本文分析了模块化多电平换流器的具体工作原理和运行特性,在此基础上,在两相旋转坐标系中建立了模块化多电平换流器的电磁暂态数学模型。介绍了几种适用于模块化多电平换流器的调制策略的原理,并对其中的载波相移脉宽调制(CPS-PWM)策略进行了仿真研究,仿真结果证明了这种调制策略在换流器电平数较低时的有效性。对模块化多电平换流器通用的预充电控制、电容电压均衡控制和环流抑制的原理进行说明。采用一种基于载波相移脉宽调制的电压均衡和环流抑制控制器,并对其进行建模仿真,仿真结果表明,该控制器的电压均衡控制和环流抑制的性能良好。本文还在所建立的数学模型的基础上建立了基于双闭环结构的矢量控制器,控制器内环实现电流的解耦控制,控制器外环实现系统的有功类或无功类控制,控制器最终实现系统有功功率和无功功率的独立解耦控制。采用Back-stepping法设计电流内环控制器以替代矢量控制中电流内环控制,用以增强在系统发生扰动而引入不确定性时控制器的控制性能。最后,建立两端MMC-HVDC系统,通过仿真实验验证所设计控制器的性能,仿真结果表明控制器能够有效实现有功功率和无功功率的解耦控制,并具有较好的动态性能,在系统受到扰动后能快速恢复稳定运行,具有较好的鲁棒性。