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为应对土地资源紧缺和环境污染等问题，促进可再生能源低成本规模化开发应用，提高电网运行的安全性和稳定性，这些电网面临的挑战给柔性直流发展带来很大机遇。作为近年来柔性直流的研究热点，基于模块化多电平换流器高压直流输电技术（Modular Multilevel Converter based HVDC，MMC-HVDC）将模块化设计思想和多电平技术紧密结合在一起，既弥补传统柔性直流输电技术的一些缺陷，同时也带来若干额外的性能优点。论文重点工作针对MMC-HVDC系统物理控制器进行设计，以及与实时数字仿真器（Real TimeDigital Simulator，RTDS）构成闭环测试系统进行仿真验证。首先，对MMC-HVDC系统的分层控制原理进行阐述，由此设计出基于FPGA的MMC-HVDC系统物理控制器以及它们各自工作的控制时序。通过对站级、阀级控制和系统参数进行分析，极控制保护系统（Pole Control&Protectionsystem，PCP）需要选择合适的硬件平台和测量装置，选用FPGA作为阀基控制器（Valve Based Controller，VBC）的控制单元，可实现控制算法的“硬实时”处理和子模块（SubModule，SM）“同步”触发，以及各级控制的算法采用模块化进行设计，方便调试。其次，分析了在三相电压不对称情况下传统软件锁相环（Software Phase-Locked Loop，SPLL）相位输出产生误差的原因，改进的传统SPLL能实现了正、负序分量的分离，跟踪基波正序分量可减小误差。同时，为防止离散化PI的误差不断积累，本文采用增量式PI控制算法。接着，通过分析SM拓扑，子模块控制器（SubModule Controller，SMC）需完成电容电压的采样、状态信息的检测、光纤通信、IGBT的驱动以及相应保护回路。针对光纤通信，为提高信息的可靠性和安全性，本文实施差错控制。最后，同步机制能保证各VBC之间和各SMC间实现步调一致、协同工作。论文还完成MMC-HVDC系统物理控制器与RTDS的闭环测试，仿真验证了在稳态和功率阶跃阶跃下其控制策略和调制方法的可行性和有效性。