基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电系统(Multi-Terminal Flexible DC Transmission System Based on Modular Multilevel Converter,MMC-MTDC)是一种新型高压直流远距离输电技术,其具有可以高度模块化、灵活可靠、电磁干扰弱和谐波含量少等优势,在大电网互联、城市供电、大规模新能源并网和岛屿(海底)送电等输送电场景上初绽锋芒,已逐步成为柔性直流输电工程技术的主要发展趋势。虽然MMC-MTDC系统具备很多优势,但其动态性能也会受到与其相连的交流网络的运行状态变化的影响,交流电压不平衡、可再生能源突然接入和负荷不平衡等现象都会导致交流系统不对称,整体电网内部动态特性更为复杂,MMC阀侧交流三相电流会出现基频负序分量,引起换流器交流侧瞬时功率的二倍频波动,同时MMC内部桥臂电流会出现二倍频零序分量,引起直流侧电压以及电流的二倍频波动。因此,研究交流系统不对称条件下MMC系统的控制优化及小信号建模具有重要的理论分析及工程应用价值。首先,具体研究了交流不对称条件下MMC系统的运行机理,重点关注其换流站的子模块电容不平衡充放电机理以及传统控制策略。为提高MMC系统在交流不对称条件下的控制能力,提出一种MMC控制优化方法,可以实现抑制交流电流失衡、瞬时功率波动以及稳定系统直流电压、电流的多目标控制;同时,构建一种基于多复系数滤波器的自适应锁相环,在电网电压不对称工况下实现了对电网相位的快速跟踪,从而提高了系统控制的精度。然后,从MMC桥臂环流抑制策略、站间协调方法与系统电气固有特性出发,结合交流系统不对称条件下MMC系统电容不平衡充放电机理等电气量以及优化后控制系统的特点,推导交流系统、直流网络、MMC电气与控制系统状态空间矩阵,并建立了交流系统不对称条件下涵盖MMC换流器、交流系统及控制系统的详细小信号模型,可应用于多种可再生能源并网场景及直流拓扑构造的MMC-MTDC输电系统。同时,利用系统矩阵特征值分析方法,研究不同控制器参数和下垂控制策略等对小信号系统稳定性的影响,并分析传输功率波动条件下多端系统整体动态性能变化规律,为交流不对称条件下换流站控制器特性研究、参数整定及控制优化提供设计依据。最后,基于OPT-5600实时仿真平台,搭建5端MMC-MTDC输电系统模型,并通过将本文提出的改进小信号模型与多端系统电磁暂态模型和传统小信号模型进行仿真对比,验证了所构建的系统小信号模型的正确性。