电力电子变换技术在我们的社会和日常生活中发挥了巨大作用，其中电压源型变换器(voltage-source converter，VSC)在过去的十年中主导了市场。模块化多电平变换器(modular multilevel converter，MMC)得益于其模块化设计、良好的冗余性及输出谐波含量低等特点，在近几年的工业应用中显示出了明显的优势，成为柔性交流输电(flexible alternating-current transmission systems，FACTS)设备以及电压源型高压直流输电(VSC high-voltage direct current，VSC-HVDC)方案的关键部分。
　　本文重点对MMC的工作特性及控制策略等方面进行研究。详细分析了MMC的运行机理和工作特性，推导建立了MMC的精确开关模型和平均值模型，并对MMC的电容电压纹波进行了分析。接着在深入研究了载波移相调制(phase-shifted carrier modulation，PSC-PWM)方式后，得出MMC的调制信号与桥臂电平数及输出电平数的关系，并用仿真验证了分析结论。
　　然后针对子模块电容电压平衡控制展开研究，指出基于PSC-PWM的子模块电容电压独立闭环控制方式存在控制参数设计困难及子模块数较多时控制系统实现困难的问题，给出了基于PSC-PWM的子模块电容电压集中平衡控制方案，保留良好谐波特性的同时简化了控制系统的设计与实现。又针对该方式在子模块数较多时凸显的开关频率较高等不足，进一步提出两种改进方式，来降低开关频率以及减少资源占用。最后通过相关仿真和实验分析验证了方式的有效性，并和独立闭环控制方式进行了对比。
　　此外，针对MMC存在多个控制目标导致控制系统设计复杂的问题，将易于处理多约束问题的预测控制引入MMC，给出了无约束预测控制方案和有约束预测控制方案。基于MMC的数学模型，推导得出无约束预测控制的控制法则，并结合前面提出的子模块电容电压平衡控制的改进方式对无约束预测控制进行了实现。无约束预测控制易于实现但控制效果因控制子集的限制而未必最优，从而引入了两级有约束预测控制，并给出了后级的两种实现方式。两级有约束预测控制控制效果好但计算量大，从而又提出了一种有约束预测控制的改进方式，显著减少了计算量，同时避免了权重系数的设计。最后通过相关仿真分析验证了无约束预测控制方式和有约束预测控制基本方式的有效性及有约束预测控制改进方式的优越性。