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柔性高压直流输电(Flexible High Voltage Direct Current, HVDC-Flexible)技术经过十几年的发展,特别是近几年实际工程应用不断增加,积累了大量运行经验,其技术与工程上的可行性和优越性体现得非常明显。目前,柔性直流输电项目多采用两电平、三电平电压源换流器(Voltage Source Converter, VSC).为提高电压等级,换流阀由大量功率器件串联构成,技术复杂,同时控制中需要解决静态和动态均压问题,换流器输出电压谐波大,需要配置大容量的滤波装置。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)采用模块化设计,避免了开关器件的直接串联；输出电压波形接近正弦波,无需变压器与大容量滤波装置；器件的平均开关频率很低,损耗明显减小,使柔性直流输电可以在更高功率范围应内应用。至2011年底,已有两项实际工程投入运行。可以预见,MMC-HVDC将会得到快速发展,改变前期柔性直流领域被ABB一家独占的市场格局。因此,对MMC-HVDC的研究有重要的实际应用价值。本课题针对MMC在柔性直流输电中的控制做了系统研究,主要研究内容如下：MMC的桥臂由大量子模块串联而成,确保子模块悬浮电容电压稳定是MMC正常工作的关键。本文在分析MMC工作原理的基础上,研究了电容电压的波动规律,给出了电容电压的平衡控制方法。该方法实时监测电容电压,根据电压值对子模块进行排序。桥臂电流为正时,投入电压低的模块,为电容充电；桥臂电流为负时,投入电压高的模块,为电容放电。以此确保能量在子模块间平均分布,电容电压保持在正常波动范围内,为系统正常运行提供基础。在交流系统对称的条件下,建立单端换流站的数学模型。基于此,本文通过电路分析,得到MMC的等效电路,该结构与传统VSC交流侧的电气特性相同,因此可以将传统VSC控制中的双闭环直接电流控制策略应用于MMC的控制,从而简化了换流站控制器的设计。实际运行中,电网电压可能出现不平衡故障,为保证系统安全运行,对控制策略进行了改进。本文从瞬时对称分量理论出发,建立了MMC的正负序数学模型,设计了双序电流控制器。为保正系统顺利启动,文中给出了完整的启动步骤。在MATLAB中搭建了11电平的双端MMC-HVDC模型,通过仿真,证实电容的均压控制方法、系统启动方法、直接电流控制策略、针对电网不平衡设计的双序电流控制器是有效的,能够达到预期控制效果。同时仿真中优化了电容平衡算法,大大降低了开关频率。最后设计了MMC-HVDC实验平台,包括由主控板、信号处理分配板等组成的控制板件及模拟MMC主电路的物理模型,给出了部分原理图。