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基于模块化多电平换流器的多端柔性直流输电(modular multilevel converterbased multi-terminal high voltage direct current，MMC-MTDC)系统在可再生新能源并网、多负荷中心供电、交流异步电网互联、城市直流配电网等场合有着广阔的应用前景。本论文以MMC-MTDC系统为研究对象，研究了其高效、稳定、安全运行的控制和保护策略。 首先，作为全篇论文研究的基础，分析MMC的工作原理和电路拓扑，推导MMC在三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型，分析MMC的调制策略、有功功率和无功功率解耦控制、子模块电容均压以及桥臂环流抑制等并得出控制框图。上述内容为论文后续多端直流输电系统的优化运行和故障保护奠定了基础。 接下来，以MMC子模块电容均压控制为研究对象，分析电容电压均衡控制机理和子模块的投切过程，提出一种MMC平均开关频率计算方法并推导上下限计算公式。针对现有均压策略开关频率较高的问题，通过定量分析子模块投切状态与电容均压效果，提出一种闭环均压控制策略。该策略可以在保证均压效果前提下降低开关频率。PSCAD/EMTDC仿真软件和实时硬件在环仿真测试结果验证了所提出均压策略的有效性。 为提高MMC-MTDC系统的运行性能，本论文还研究了多端系统的直流电压控制策略，重点研究了电压下垂控制。首先建立MMC-MTDC系统下垂控制数学模型，对下垂控制特性进行时域分析，推导并证明了满足系统直流电压稳定和能量平衡的充分必要条件，提出下垂控制的约束条件。针对传统下垂控制直流电压跟踪误差较大、功率分配不独立等问题，提出一种自适应下垂控制策略，能够减小直流电压误差、提高功率分配特性。算例分析和仿真结果验证了所提出控制策略的有效性和稳定性。 故障保护是MMC-MTDC系统的核心问题。对目前应用最广的半桥型MMC拓扑，研究了直流短路故障特性及其保护策略。 (1)首先分析直流单极短路故障在不同接地方式下的等效电路，并推导了故障电流和电容电压的解析式。理论分析和仿真结果表明，直流侧接地和交流侧高阻抗接地时，单极对地短路故障对系统运行影响较小。交流侧低阻抗接地时交流系统和直流电容震荡放电，必须断开交流断路器以切断放电回路。 (2)对直流双极短路故障，分析了故障等效电路并推导出故障电流和电容电压解析式。理论分析和仿真结果表明，半桥型MMC无法依靠自身清除故障电流，交流断路器必须跳闸，直流输电系统停止运行。因此，半桥型MMC-MTDC系统无法实现直流短路故障穿越。 由于半桥型MMC-MTDC系统在不具备直流故障穿越能力，论文以全桥型MMC-MTDC系统为研究对象，分析其直流故障特性及其保护策略。 (1)分析了全桥型MMC交流侧低阻抗接地方式下单极对地短路的等效电路并推导了故障电流和电容电压解析式。提出一种基于换流阀闭锁的快速恢复保护策略，能够避免交流断路器跳闸，故障清除后系统可快速恢复运行。 (2)直流双极短路故障下，分析系统故障特性和保护策略，指出换流阀闭锁保护存在电容电压发散问题。针对该问题提出了一种换流器控制保护策略，故障期间MMC等效为两个星型STATCOM并联运行，能够在换流器可控状态下切断故障点弧道，并能够为交流系统提供无功补偿支撑电网电压。仿真结果验证了所提出换流器控制保护策略的有效性。 (3)对比分析并结合两种换流器保护策略的特点，提出一种适用于全桥型MMC-MTDC系统的故障穿越策略。仿真结果表明，所提出故障穿越策略故障电流清除迅速，可在无直流断路器的前提下利用直流线路隔离开关实现故障点隔离，故障电流清除后系统可以立即恢复运行。