随着近年来电力电子变流技术的迅猛发展,国家对高压大功率转换系统的需求也越来越大。换流器的容量成为主要的限制,传统的两电平换流器的器件很难实现。多电平换流器从拓扑结构上进行改进,克服了功率半导体器件容量问题带来的障碍,进而广泛应用于高压大功率电能变换应用领域。本文以模块化多电平变换器(MMC)拓扑结构为研究对象,主要研究内容为MMC拓扑运行机理分析、子模块电容电压均衡控制、环流抑制策略研究、子模块故障MMC运行故障机理、容错控制策略研究等,并依据理论研究进行了仿真和实验。首先介绍MMC拓扑结构及其子模块运行方式,并建立数学模型。对调制手段、子模块电容电压平衡控制方法、环流抑制手段等MMC核心问题进行了简单介绍。重点分析了子模块故障对系统稳定运行的影响,并提出本文研究重点:子模块故障情况下MMC的容错控制策略。其次,对冗余容错和无冗余容错进行系统介绍,其中,冗余容错方案了有热备用和冷备用两种运行方式,指出两种方式的运行方法。无冗余容错中着重分析了基于零序电压注入方法的故障容错控制策略,同时指出该方法的不足之处,即增大了非故障相子模块电压基准值。再次,鉴于该弊端本文提出一种三次谐波注入的容错思路,在不增加额外冗余子模块的前提下,通过在桥臂电压调制波中注入三次谐波的方法来减小调制比,以便避开桥臂子模块全导通的区域,并充分利用MMC控制自由度,保证MMC系统在子模块深度故障时仍然能维持正常运行。并在MATLAB/Simulink上搭建了 7电平MMC仿真模型进行仿真研究,仿真结果验证了该容错控制方法的可行性。最后,设计了相关实验平台,给出了系统框图,主电路参数的设计方法(子模块电容、桥臂电感等),和软件流程图。通过关闭旁路开关的方法模拟子模块故障,对比故障前、后与容错控制投入前、后的子模块电压、三相输出电流的仿真波形与实验波形,实验结果验证了本文策略的有效性。