模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有拓扑模块化程度高、系统损耗低、开关器件耐压要求低、可靠性高、输出波形谐波含量少、易于实现冗余控制等诸多优点,近些年来受到国内外学者的广泛关注。本文以单相模块化多电平变换器作为研究对象,重点研究该变换器的调制策略、子模块电容预充电控制方法、子模块电容电压均衡控制方法和环流控制方法等。主要研究内容如下:首先,详细分析单相MMC的拓扑结构与工作原理,建立单相MMC的等效电路及其数学模型,分析MMC常用的三种调制策略原理,并讨论各种调制策略的实现方法以及应用场合。其次,阐述MMC子模块电容电压不均衡可能产生的后果与危害。研究分析MMC正常工作前子模块电容的预充电控制方法。分析基于闭环控制的子模块电容电压均衡控制方法和基于子模块电容电压排序的直接均衡控制方法。针对基于子模块电容电压排序的直接均衡控制方法计算量较大、开关器件动作频繁的缺点,重点研究一种优化的子模块电容电压均衡控制方法。然后,分析单相MMC环流产生机理,建立其数学模型,并对环流进行计算,采用准比例谐振控制策略对环流进行控制。再者,搭建以ARM+FPGA为控制核心的单相MMC电路实验平台。设计功率电路,以及模块化设计主控制器电路、辅助控制器电路、采样调理电路、PWM光纤传输电路以及总线接口电路等组成的控制系统,并针对MMC的控制方法进行软件程序设计。最后,通过仿真与实验验证在不同调制策略下的MMC子模块电容电压的均衡控制方法,对比分析基于子模块电容电压排序的直接均衡控制方法和基于优化的子模块电容电压均衡控制方法,验证环流控制策略,从而证明单相MMC电路控制方法的可行性和有效性。