近年来,随着柔性直流输电（high voltage direct current,HVDC）技术的发展,柔性HVDC已被广泛地应用于大型海上风电场中远距离接入、区域电网互联等场合。相比于传统的两电平、三电平换流器,模块化多电平换流器（modular multilevel converter,MMC）由于采用了子模块级联的结构,因而具备谐波水平低、容错能力强、容量等级易扩展等诸多优势,成为了柔性HVDC系统中首选的换流器拓扑。然而现今MMC的直流短路故障问题及并网稳定性问题却成为了影响基于MMC的柔性HVDC系统安全稳定运行的两大难题。因此,本论文以MMC为研究对象,重点研究了MMC的直流短路故障保护穿越技术及交直流端口阻抗模型,为推动基于MMC的柔性HVDC系统的进一步发展提供了参考与依据。首先,在考虑MMC内部各种控制环节的基础上,基于小信号阻抗建模的方法,推导建立了MMC交直侧流端口阻抗模型,并分析了环流抑制控制环节及参数对端口阻抗的影响,最后通过采用注入小扰动电压的仿真测量计算方法,验证了所建立的理论端口阻抗模型的准确性。另外,还分析了MMC在直流双极短路故障下的故障特性,并给出了直流故障电流及子模块电容电压的变化解析式,为进一步研究MMC的直流短路故障保护穿越技术奠定了基础。其次,研究了混合型MMC闭锁型直流短路故障保护与穿越技术。在传统闭锁保护策略的基础上,提出了一种闭锁型直流短路故障保护穿越策略,使混合型MMC在故障穿越期间具备无功补偿及子模块均压的能力,并搭建了仿真模型和MMC实验平台进行仿真和实验,验证了所提策略的有效性。另外,还对该闭锁型策略进行拓展,应用于解决基于MMC的多端柔性HVDC（multi-terminal HVDC,MTDC）系统的直流短路故障问题,并通过建立的混合型MMC-MTDC仿真模型,验证了拓展策略的可行性和有效性。最后,研究了混合型MMC非闭锁型直流短路故障保护与穿越技术。针对两类典型的MMC非闭锁型直流短路故障保护穿越策略,对它们的控制方式、故障保护穿越效果、成本代价及损耗等展开了仿真分析及详细的比较,分析了两类非闭锁型策略的特点及优势。另外,针对基于半桥子模块（half-bridge submodule,HBSM）与全桥子模块（fullbridge submodule,FBSM）的混合型MMC,利用FBSM可独立输出负电平的特性,让该混合型MMC在具备正常工况过调制运行及非闭锁直流短路故障保护穿越能力的前提下,以高功率传输能力和低FBSM占比为原则,对该混合型MMC的混合子模块配比进行优化设计,同时提出一种适用于优化方案的载波层叠调制及混合子模块电容电压平衡策略,在实现直流短路故障保护穿越能力的前提下,优化提高了该混合型MMC系统的经济性。同时还进行了仿真和实验研究,验证了所提优化方案及策略的正确性与有效性。