模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)是一种由基本功率子模块单元组成的新型多电平变换器拓扑结构,具有输出电平数多,易实现模块化冗余结构,易获得较高的电压等级,电压波形质量高,系统可靠性高等优点,近年来在柔性直流输电中已获得了广泛应用。但随着居民和工业用电量的急剧增多,MMC的容量也越来越大,子模块数量变得庞大,如何使得MMC经济、稳定运行是MMC的研究热点。本文以模块化多电平变流器MMC为研究对象,首先进行理论分析,再进行仿真验证,最后对所提理论进行实验验证,解决传统每个子模块配备一个电压传感器的检测方法带来的问题,其具体研究内容如下:首先,论文介绍了MMC的基本结构和运行机理,建立了MMC的简化模型。在此模型基础上,介绍了MMC两种常见调制策略的基本原理:载波移相调制(Carrier Phase-Shifted PWM,CPSPWM)和最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM),并且介绍了两种不同调制方式下,MMC子模块均压控制策略和稳压控制策略,分析了不同调制方式下,MMC输出特性,解释了CPSPWM适用于电平数较少场合和NLM适用于电平数较多场合的原因,为后续基于模块分组的MMC检测方法研究提供一定的基础。然后,由于功率器件耐压有限,基于MMC的换流站为了获得高的输出电压等级,通常需要很多个低电压的子模块级联,比如Trans Bay Cable Project工程,MMC系统的子模块数量多达几百个,而实时获得MMC子模块电容电压是实现MMC稳定运行控制的前提,传统电容电压检测方法是给每个子模块配备一个电压传感器实时获得子模块电容电压值,当子模块数量较大时,这种传统的方法会给MMC系统带来造价成本高、数据采样及通信工作量大等问题。针对以上问题,本文提出了一种新的子模块电容电压检测方法,将桥臂上的子模块进行分组,每组用一个传感器进行电压检测,通过前后两个周期检测到的一组电压值计算得到子模块电容电压值和通过设置电压观测器获得子模块电容电压值,并用直接测量计算得到的子模块电容电压值对观测值进行校正来减少观测误差。其次,针对桥臂分组后未直接测量到的子模块进行过充电从而造成子模块过电压的问题,提出了基于强制投入的子模块过电压防护策略,该方法在负载接入运行前对桥臂子模块电容电压进行检测以快速得到子模块电容电压真实值,该真实值对观测值校正以防止子模块过充电,从而有效防止子模块过电压的发生;最后在MATLAB环境下对所提出的MMC电容电压检测新方法和少传感器应用中过电压防护策略的正确性和有效性进行仿真验证。最后,简单介绍了MMC实验平台的搭建过程,同时在搭建的实验平台上对本文提出的子模块电容电压检测新方法和少传感器应用中过电压防护策略进行试验,实验结果验证了本文提出的MMC电容电压少传感器检测方法和过电压防护策略正确性和有效性。