本文以南车株洲电力机车研究所重点项目——“柔性直流输电”为依托,以模块化多电平换流器为研究对象,对其应用于高压、大功率柔性直流输电时的控制算法及其关键技术进行了深入研究,可为基于模块化多电平换流器的柔性直流输电的工程化提供理论基础和设计依据。本文首先详细分析了模块化多电平换流器的拓扑结构及其基本工作原理,并在此基础上建立了模块化多电平换流器的简化等效数学模型,得出模块化多电平换流器具有传统两电平、三电平换流器相同的外部电路结构。其次,为使基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统能够快速、平稳地启动,给出了其应用于连接两端有源网络和向无源网络供电时的系统启动策略。针对各子模块的电容相互独立,电容电压易出现不平衡的问题,本文详细分析了基于排序法的子模块电容电压平衡控制技术,并对其进行了优化,通过仿真验证表明,子模块电容电压优化平衡控制技术,能够在确保子模块电容电压平衡的基础上,明显的降低电力电子开关器件IGBT的平均开关频率。再次,针对模块化多电平换流器的拓扑结构,对其调制算法进行了介绍,并着重研究了最近电平逼近调制算法在模块化多电平换流器中的具体实现方式。为使基于模块化多电平换流器的柔性直流输电系统在正常运行时具有良好的运行性能,本文对其应用于连接两端有源网络和向无源网络供电时的系统控制算法进行了研究,并在MATLAB/SIMULINK和PSCAD/EMTDC仿真平台上分别进行了仿真验证,仿真结果表明,本文所研究的控制算法实现了有功功率和无功功率的快速、独立解耦控制。最后,在“柔性直流输电”项目的实验样机平台上,对本文所研究的系统控制算法进行了实验验证,实验结果进一步验证了本文所研究的控制算法的可行性和有效性。