高压直流输电技术越来越多地应用于新能源并网、大容量长距离输电和电网互联等领域,其中基于模块化多电平换流器(Modular multilevel converter,MMC)的柔性直流输电(MMC-HVDC)由于其独特的技术优势而成为国内外学者研究热点之一。本文以MMC-HVDC输电系统为研究对象,主要对MMC的拓扑结构、基本工作原理、控制策略以及交流侧故障穿越等方面进行了相关研究。由MMC拓扑结构出发,详细介绍了模块化多电平换流器的工作原理及运行特性,并对基于半桥型MMC的MMC-HVDC输电系统控制原理进行介绍,根据MMC-HVDC系统的数学模型设计直接电流控制器;针对直接电流控制器应用于MMC-HVDC系统中存在控制复杂度高且计算量较大的缺陷,该文通过引入模型预测控制,建立相应的预测模型,以交流三相电流对称、子模块电容电压均衡、环流抑制作为目标函数,将MMC的最佳开关状态问题转化为求目标函数的最优解问题,从而实现MMC-HVDC系统多目标的协同控制。最后,对MMC-HVDC交流侧发生不平衡故障时的运行特性进行分析,揭示正常及故障期间换流器能量流动规律,建立换流器内部功率分布与桥臂电流各分量的耦合关系,探寻优化换流器内部能量分布的交流侧故障穿越方法;围绕前述模型预测控制的目标函数加以改进,提出基于能量平衡控制的交流侧故障穿越方法,优化控制各桥臂电流分量,调节MMC功率分布,实现换流器外部目标与内部目标的协同控制;通过MATLAB/SIMULINK平台搭建仿真模型对所提控制方法与传统方法进行了对比仿真,仿真结果表明:论文所提基于能量平衡控制的MMC-HVDC交流侧故障穿越方法与传统的直接抑制负序电流的方法比较,均能控制交流侧三相电流对称,但是直接抑制负序电流的方法无法实现对换流器内部能量的控制,而基于能量平衡控制的方法可以实现MMC交流三相电流对称以及内部各桥臂能量平衡的协同。论文的研究成果为交流侧电压不平衡工况下柔性直流输电的控制方法选择提供了一种方案,助推新一代高压直流输电技术的发展。