与传统电压源型换流器(Voltage source converter,VSC)相比,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有模块化结构、良好的谐波特性、故障穿越和恢复能力、不平衡运行等优势,在新能源接入、异步电网互联、无源电网供电、城市配网等领域有着广泛的应用前景,吸引了学术界以及工业界的关注。本文主要开展了MMC子模块故障运行特性的分析及容错控制策略的设计,包括以下内容:分析了MMC的工作原理及其半桥子模块的工作原理,MMC-HVDC系统的基本控制策略,推导了MMC在旋转坐标系下的数学模型,设计了MMC-HVDC系统的控制器。在此基础上,介绍了两种MMC常用的调制策略,在仿真平台下搭建了采用载波移相调制策略的9电平及采用最近电平逼近调制的21电平模块化多电平换流器进行仿真分析,并且针对两种不同调制策略,分别设计了子模块电容电压均衡控制策略。由于MMC本身的结构特点及工作原理,环流的存在不可避免,环流的存在会造成系统损耗增大等一系列问题。本文推导了MMC的连续函数模型,在此基础上分析了MMC的环流形成机理及其特性,针对MMC存在的环流问题,利用坐标变换原理设计了一种交叉解耦环流抑制控制器,在仿真平台中搭建21电平MMC-HVDC系统,验证了所提环流抑制器的有效性。针对MMC子模块内部功率开关管的开路故障情况进行了理论分析,利用平均开关函数模型,详细推导了MMC子模块故障后的运行特性。分别对三种无冗余子模块的故障容错方案进行仿真分析,对比了三种容错方案的优缺点。最后设计了一种基于准PR控制器的环流抑制器,对旁路后的MMC进行环流抑制,从而实现子模块故障后的容错运行。