随着社会经济的飞速发展,能源短缺问题和环境污染问题越来越受到人们的重视,为此,以风能、太阳能为代表的分布式发电因其绿色、环保、可持续利用等优势得到推广。但是,大量的分布式发电并网和负载种类的多样化将会严重影响电网的电能质量,而传统的变压器并没有对电能质量的主动调节能力。固态变压器不仅可以实现电压变换、电气隔离和能量传输等基本功能,还具有控制能量双向流动、调节电能质量、便于新能源接入和谐波治理等优势,可以解决传统变压器的不足。模块化多电平变换器(Modular Multi-level Converter,MMC)因其结构高度模块化、便于冗余设计、具备高压直流母线、拥有负载不平衡运行能力、输出波形质量高等特点为固态变压器在中高压大功率应用场合提供了很好的方案。因此,本文将模块化多电平变换器作为固态变压器的输入整流级对其进行运行特性及控制研究。首先,本文分析了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理,通过建立数学模型进一步明确了MMC内部电气量和外部电气量之间的关系,为设计MMC的控制策略奠定了理论基础。分析对比了最近电平逼近调制和载波移相脉冲宽度调制的工作原理和适用场合,并以载波移相脉冲宽度调制作为本次课题的调制方式。针对MMC启动带来的浪涌电流问题,设计了MMC交流侧启动预充电控制方法;为了稳定直流母线电压和实现交流侧单位功率因数分别设计了应用在三相MMC拓扑和单相半桥MMC拓扑中的电压电流双闭环控制策略;针对子模块电容电压不平衡和相间环流的问题,分析了造成子模块电容电压不平衡的原因,揭示了环流内部的构成因素,在明确MMC内部功率流向的基础上设计了能量均分控制策略,实现了所有子模块电容电压之间的平衡,达到了抑制相间环流的目的。最后,为验证载波移相脉冲宽度调制策略、电压电流双闭环控制策略、能量均分控制策略的有效性和可行性,在MATLAB/Simulink平台中搭建了三相五电平MMC和单相半桥三电平MMC进行仿真验证,并搭建了单相半桥三电平MMC实验平台进行实验验证。