模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)自2002年首次被提出以来,相比于传统多电平变换器因其诸多优势获得了广泛的应用。高度模块化的结构,使其具有良好的拓展性,能够很容易地适应高压大功率输电场合;输出电压电平数目较高,使其具有良好的电压电流波形质量;模块数目较多以及其特殊的控制方式,使其开关频率和开关损耗较低。因此MMC非常适合在高压直流输电(High Voltage Direct Current,HVDC)场合使用。复杂的电路拓扑结构导致MMC的数学模型呈现多输入多输出且非线性的特点,并且在运行过程中需要完成诸如输出电压或电流控制、环流抑制、子模块电容电压平衡等多个目标的控制,在电网不平衡的场合下控制目标甚至会更多。因此良好的控制策略对于MMC的稳态运行和动态运行都显得尤为重要。模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)具有可以直接处理多变量、多系统约束、以及非线性系统的特点。因此,模型预测控制非常适合于MMC的应用场合。本文以应用于HVDC的MMC为背景,在对MMC建立离散数学模型、分析调制策略等基本工作的基础上,主要针对于MMC的模型预测控制中的价值函数设计方法、MPC算法的计算量以及MPC动态控制效果的优化做了以下研究:本文首先讨论了MMC的拓扑结构和基本运行原理;在此基础上推导了MMC的单相等效连续域数学模型和离散域数学模型。结合其运行原理,对于应用于HVDC的MMC的两种最常见的调制方式做了讨论。对于目前应用于电力电子变换器的模型预测控制方法做了简要的介绍,讨论了应用于MMC的模型预测控制的基本方法和价值函数设计过程。基于MMC内部环流的形成机理以及桥臂电流中的二次谐波与输出电流基波的幅值和相位关系,提出一种优化的适用于MMC的MPC价值函数权重设计方法,仿真验证了其有效性。对现有的几种典型的应用于MMC的有限控制集MPC方法进行了比较,提出了节省计算量的N+1电平间接MPC,将该方法拓展至2N+1电平的应用场合下,并将该方法与其他方法相比较。对于其动态性能方面,提出了两种优化方法。在MATLAB/Simulink的环境下,搭建了多子模块三相MMC模型,对上述理论进行仿真验证和分析。搭建了单相MMC实验平台,对于上述提出的理论进行了实验验证和分析。验证了新提出的MPC的稳态性能和应用两种动态优化方法的MPC的动态性能。