模块化多电平变换器(MMC)作为一种新型的多电平变换器结构,在高压大功率直流输电领域应用较为广泛。由于MMC系统是由多个子模块级联而成,当子模块发生故障且冗余子模块耗尽时,系统的稳定运行将受到威胁。同时,MMC固有的相间环流也会增加系统的损耗和子模块电容电压的波动,因此如何实现MMC系统的无冗余子模块容错控制以及研究系统的环流抑制技术对于提高系统的稳定性和可靠性具有重要意义。本文首先介绍了MMC的拓扑结构、工作原理、数学模型以及控制策略,并对比了几种调制策略的优缺点。针对故障切除后不对称运行的MMC系统,分析了其工作特性,提出了一种新的无冗余子模块容错控制策略,能够实现同相多个子模块发生故障和不同相子模块发生故障时的故障穿越。为了抑制系统的相间环流,设计并搭建了PI环流抑制器和准PR环流抑制器,其中,PI环流抑制策略适用于三相对称MMC系统,而准PR环流抑制策略可以适用于单相MMC系统和三相不对称运行系统。针对子模块数量较多的MMC环流抑制问题,提出了一种改进的有限控制集模型预测控制策略,该控制策略无需整定权重系数,开关动作频率固定,有利于系统的稳定运行,并且能够有效实现跟踪交流侧电流、平衡子模块电容电压等功能,利用仿真软件MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了所提出控制策略的正确性。最后,搭建了一套MMC硬件平台,从子模块和控制板等方面对硬件平台进行了介绍,同时,分析了死区时间对MMC系统的影响,并通过实验进行了验证。