模块化多电平换流器(modularized multilevel converter,MMC)以其独特的技术优势,已成为现今高压直流输电(high voltagedirect current,HVDC)建设当中的首选换流器。MMC子模块(Sub-Module,SM)电容电压决定了系统直流侧的输出电压水平,子模块的投切也直接影响了 MMC的工作状态。子模块数量随着系统电压等级升高而逐步增多,在运行过程中出现模块故障的情况是不可避免的,为了减少子模块故障对系统输出特性的影响,须要配置相应的冗余模块。冗余子模块是保证整个系统稳定性的重要基础,然而冗余度过高会导致系统运维成本加大,并使冗余子模块使用效率降低,增加系统损耗;冗余度过低则无法保证整个系统的可靠性。因此,分析现有的子模块冗余策略并提出效益优化的子模块冗余配置方法是有必要的。首先,研究了 MMC拓扑结构、工作原理以及MMC的数学模型。全方位分析换流器的控制策略,主要针对不同的调制方法所存在的优势和不足进行了分析,并且针对不同的冗余子模块备用方式对系统所造成的影响进行了研究,为搭建MMC系统冗余运行状态的PSCAD仿真模型奠定了理论基础。其次,结合MMC动态冗余方案,针对传统MMC控制未考虑冗余子模块的投切影响,提出了 MMC动态冗余运行时的优化调制策略;为了减小桥臂电流畸变、有效地抑制内部环流,采用了环流抑制策略;针对子模块电容器充放电状态不均衡导致的电容电压波动,应用了改进后的电容电压均衡控制策略。在PSCAD/EMTDC平台下进行了仿真,仿真结果验证了本文所采取控制策略的可行性。然后,研究了 MMC子模块冗余结构及原理,以单个冗余指标为目标函数,研究了冗余子模块的投入对MMC系统的影响。针对传统MMC可靠性分析大多认为其子模块在运行期间为恒定故障率,忽略了寿命损耗的影响,提出了一种基于两参数威布尔分布的MMC冗余系统可靠性模型。研究了冗余度与MMC子模块利用率、系统损耗的关系,推导了其数学解析表达式。最后,由于传统的冗余子模块优化配置方法无法保证各个冗余指标的平衡性发展,所以在此基础之上本文提出了一种基于PSO算法的MMC子模块多目标优化冗余配置方案。以整个MMC系统的可靠性为基础,考虑冗余子模块利用率、系统损耗等因素,构建了完善的冗余子模块配置函数体系,通过这种方式保持整个系统的稳定性与经济性。利用PSCAD/EMTDC仿真,验证了该配置方法的综合效能。