模块化多电平换流器（Modular　multilevel　converter，MMC）因其开关损耗小、输出电压畸变率低、有功无功解耦控制、易于提升电压等级和输送容量等优势，已被广泛用在高压大功率场合，尤其是柔性直流输工程中。但MMC相比传统的两电平/三电平电压源换流器（Voltage　source　converters，VSCs）具有显著的、复杂的内部谐波特性，使MMC的数学建模和稳定性分析难度增加。现有的研究文献中，缺乏考虑MMC内部和外部谐波耦合特性的精确小信号建模方法，同时存在控制系统建模不完整的情况。为了解决上述问题，本文提出使用谐波状态空间（Harmonic　state-space,　HSS）方程建立MMC小信号模型的方法。这种建模方法能够准确体现系统内、外部的各次谐波的耦合特性，并计算出各次谐波分量。
本文首先分析了MMC的拓扑结构、工作原理，推导了MMC的平均开关函数模型和HSS方程原理，并根据开关函数模型建立了基于HSS方程的MMC稳态数学模型，从中可以计算出MMC稳态工作点处的各频次分量；之后在稳态数学模型的基础上，结合稳态工作点信息，分别建立了开环控制方式、定交流电压控制方式、定直流电压控制方式下的基于HSS的MMC小信号模型，并分别进行了仿真验证，证明了所建小信号模型的精确性；最后，基于MMC小信号模型，使用特征值分析法，分析了闭环控制系统的稳定性，分别研究了定交流电压控制和定直流电压控制结构中控制器参数对MMC系统稳定性的影响，并进行了仿真验证，研究结果表明控制器参数的变化会使系统特征值的分布发生变化且很有可能引起系统的失稳，因此在实际工程中有必要进行控制器参数优化设计以保证MMC装置的稳定运行。