随着电力电子技术向着高压、大功率变换方向的不断发展，尤其是电压源型变流器在柔性直流输电系统中的广泛应用，针对大功率变流器的研究越发重要。然而，传统两电平及多电平变流器在高压领域应用时控制复杂，扩展性差，成为了其发展的制约瓶颈。模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其具有模块化结构，在传统变流器优势的基础上，增加了向不同电压等级的扩展性，更加适用于输电领域。本文首先对MMC拓扑结构，运行原理，数学模型，及PWM调制策略进行了分析，基于以上分析对内部环流成分及模块电容容量的计算进行了研究。其次，针对MMC启动时模块电容电压的建立进行了研究，提出了从交流侧为电容恒流充电的方法，将上、下桥臂各视为两并联于同一电网的变流器，进行解耦控制，为模块电容恒流充电。本文提出的充电方法，不仅避免了过流冲击现象，而且同一桥臂电容同时充电，充电快速，一致性好。再次，针对模块电容电压平衡及环流控制问题，分析了现有控制方法，从能量角度推导出了上、下桥臂之间平衡控制的最快途径。本文提出相间电容电压平衡结合环流抑制，相内桥臂间与桥臂内平衡的三级控制策略，通过相间电压平衡结合环流控制，实现相间电压均衡，并将环流控制为直流量，消除环流谐波的目的，相内通过桥臂之间与桥臂内的平衡控制，平衡了相内电容电压。然后，针对基于MMC换流站的输电系统的控制，分析了功率控制原理，利用前馈解耦控制达到对有功和无功功率分量的独立控制目标。在此基础上，对MMC互联交流电网异常工况下给出应对措施，分别对具有高阻抗电网和电网电压不平衡情况时，得出换流站控制方式，使MMC换流站能够带故障安全运行。最后，本文设计搭建了MMC实验样机平台，通过Matlab仿真对提出方法研究，并在实验装置上进行验证。结果均表明提出方法的正确性和有效性。