随着全球内能源危机的到来以及传统化石能源消耗所带来的环保问题,可再生能源发电技术已经成为能源领域的重要发展方向之一。然而可再生能源机组的渗透率提高使得电力系统惯性降低,频率和电压稳定问题日益突出,这无疑制约着可再生能源发电的大规模发展。虚拟同步发电机技术(Virtual Synchronous Generator,VSG)控制并网变换器模拟同步发电机的惯性、阻尼和调频调压特性,可以实现与电网良好的兼容,降低可再生能源接入带来的不稳定影响。鉴于大规模可再生能源发电外送需求,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)近年来在高压直流输电系统中已被广泛推广应用。为此本文提出基于MMC的虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator based Modular Multilevel Converter,MMC-VSG)控制技术,使MMC在进行能量变换的同时兼具对中高压系统频率和电压的支撑能力,提高系统的稳定性。首先在分析MMC拓扑及运行特性基础上建立了 MMC环流模型,研究了MMC环流抑制策略和电容电压均衡控制策略,保证MMC在进行电能变换时具有良好的输出特性。然后建立了 MMC-VSG数学模型,提出MMC-VSG控制技术。根据传统同步发电机的运行特性设计了MMC-VSG功频控制器和励磁控制器,实现了MMC-VSG对高压电网电压和频率的支撑。接着对MMC-VSG由离网运行向并网运行进行模态切换时采用的预同步并网技术进行研究,指出应用于高压大功率工况条件下的MMC-VSG直接并网会产生巨大的冲击电流,危害系统的安全运行。结合MMC-VSG控制技术的特点设计了采用锁相环和PI控制器的预同步并网方案,有效的降低了 MMC-VSG并网电流冲击,保证MMC-VSG可安全可靠并网运行。最后在实验平台开展详细的实验研究,实验结果较好的证明了所提关于MMC-VSG理论及控制技术的有效性。