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模块化多电平换流器型高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current, MMC-HVDC)以其独特的技术优势得到了学术界和工程界的广泛关注,具有广阔的发展前景。论文从模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)的结构入手,在对比分析了MMC不同子模块拓扑工作原理的基础上,提出了直流故障阻断能力指标,用以定量评估MMC的直流故障清除能力。提出了一种MMC子模块拓扑搜索方法,并且通过搜索得到了一种单箝位子模块拓扑结构。详细分析了单箝位子模块块拓扑结构的工作原理,并对采用此种子模块结构的MMC系统进行了理论分析和仿真验证。综合考虑换流器的可靠性和经济性,提出了混合MMC中子模块数目配置方法。首先,分析研究了MMC三种常见子模块,即半桥子模块(Half Bridge Sub-module, HBSM)、全桥子模块(Full Bridge Sub-module, FBSM)和双箝位型子模块(Clamp Double Sub-module, CDSM)的工作模式。为了精确评估采用不同子模块结构MMC切断直流故障电流的能力,提出了直流故障阻断能力指标(DC Fault Blocking Capability Index, DFBCI)。其次,在对比分析HBSM、FBSM和CDSM结构特点的基础上,从换流器闭锁后子模块中的电流通路出发,提出了一种MMC子模块拓扑搜索方法。通过搜索可以得到一种新型子模块拓扑结构,即单箝位子模块(Clamp Single Sub-module, CSSM)。再次,分析了CSSM的工作特点及其箝位直流故障电流的机理。与FBSM相比,CSSM所需的IGBT数目减少,但仍具备与FBSM相同的直流故障电流箝位能力,从而采用CSSM的MMC (CS-MMC)可以通过闭锁实现直流故障的自清除。在PSCAD/EMTDC环境下建立了双端CS-MMC系统仿真模型,仿真结果验证了CSSM箝位直流故障电流的有效性。最后,针对混合MMC的结构特点,分析了稳态情况下混合MMC中不同类型子模块拓扑的数目配置比例。结合工程实际,综合考虑可靠性和经济性,提出了混合MMC的最优子模块冗余配置方法。在MATLAB中编写程序计算,计算结果验证了所提出方法的可行性。