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模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其模块化设计和易扩展等优点,近年来在柔性直流输电领域得到了广泛应用。合理的控制策略是保证MMC-HVDC系统可靠、高效运行的关键,本文从环流优化控制、子模块电容电压优化均衡控制、子模块故障容错优化控制等3方面对MMC-HVDC的优化控制进行了系统的研究。准确、快速的电磁暂态仿真是进行大容量MMC优化控制策略研究的基础。本文首先对传统电磁暂态快速仿真算法进行了改进:通过矫正开关点子模块电容电流,实现开关点处理的改进;当换流器闭锁时,根据实际的闭锁特性将换流器等效为不可控半桥电路。通过对10个子模块的MMC系统实际模型和快速仿真模型计算结果的对比,验证了改进的电磁暂态快速仿真算法的正确性。在此基础上,建立了厦门柔性直流输电示范工程的电磁暂态快速仿真模型。在MMC环流抑制方面,首先基于严格的理论解析指出:MMC-HVDC系统中,上、下桥臂电压实际输出值与理想参考电压之间的偏差是产生环流的本质原因。而造成这一偏差的直接原因是传统最近电平调制策略固定了上、下桥臂投入的子模块总数,无法消除电容电压实际波动的影响。为此,提出了一种叠加逼近调制策略(Superimposed Approach Modulation,SAM),在考虑子模块电容电压的实时波动特性基础上,动态调整需要投入的子模块个数,从调制策略层面直接实现环流抑制。此外,从能量平衡角度论证了采用SAM策略时,桥臂中无二倍频环流。在MMC子模块电容电压均衡控制方面,首先针对传统均压控制策略存在的开关频率高和排序计算量大的问题,提出了一种MMC分频均压控制策略,使电容电压排序频率远小于触发控制频率,并从理论上确定了电容电压的排序频率。进一步地,将SAM策略同均压控制相结合,提出了一种不影响桥臂输出特性的MMC优化均压控制策略,在减小开关频率的同时,不增加桥臂输出电压谐波含量。在子模块故障后MMC不对称运行时的容错控制方面,以不对称运行状态下的机理特性为基础,提出了一种基于桥臂能量预测的MMC子模块故障容错优化控制策略。通过动态预测各时刻子模块储存的能量,实时计算各时刻子模块电容电压值,在无附加环流抑制控制器情况下,实现环流中不对称基频和二倍频谐波分量的抑制。除故障状态外,此方法也适用于子模块正常运行的情况,无需附加其他环流抑制器即可实现二倍频环流抑制,大大简化了系统控制的复杂度。厦门柔性直流输电系统电磁暂态仿真结果验证了叠加逼近调制策略、电容电压优化均衡及子模块容错等优化控制策略的有效性。