模块化多电平变换器（Modular　Multilevel　Converter，MMC）具有输出波形质量高、运行损耗低和故障处理能力强等优点，一经提出便引起学术界和工程界的重点关注，广泛应用于柔性直流输电领域。MMC作为一个强耦合、多变量的复杂高阶非线性系统，其建模和稳定性分析是MMC设计和运行中的一个重要问题。本文基于小信号模型对单端和两端MMC系统的稳定性进行研究，其结论可以为MMC的实际工程应用提供理论依据。
首先，对单端MMC进行小信号建模和稳定性研究。基于单端MMC的开关函数模型，建立了考虑子模块电容电压波动、二倍频环流和环流抑制控制器等特性的小信号模型。通过计算雅可比矩阵特征根，分析了内环电流控制参数对单端系统稳定性的影响，得到了控制参数的稳定边界。同时，从稳定性角度分析了桥臂电感和子模块电容对系统的影响，理论分析表明，增大桥臂电感或减小子模块电容可能导致系统不稳定，并相应给出了参数的合理取值范围，为工程设计提供一定的理论依据。仿真结果和实验结果验证了理论分析的正确性。
在单端MMC稳定性分析的基础上，进一步对不考虑传输线的两端MMC稳定性进行研究。建立相应的两端MMC小信号模型，先分别分析了整流侧和逆变侧控制参数和主电路参数对系统稳定性的影响，得到整流侧和逆变侧内环电流控制器参数的稳定边界。然后对子模块电容值对系统稳定性的影响进行研究，并给出了使系统稳定的电容参数取值范围。理论分析表明，两侧变换器参数的稳定性范围存在差异，两端MMC稳定性对逆变侧参数变化更敏感。仿真结果验证了理论分析的正确性。
此外，本文还对考虑传输线的两端MMC稳定性进行了研究。分别建立将传输线视为集总电路元件和考虑传输线分布参数效应的两端MMC小信号模型，研究整流侧和逆变侧控制参数对系统稳定性的影响。理论分析表明，系统中传输线视为集总电路元件相比于不考虑传输线，控制参数稳定范围减小；考虑传输线分布参数与视作集总元件相比，控制参数的稳定区域会进一步减小。此外，分析了传输线分布电阻对两端MMC稳定性的影响，发现增大分布电阻值可能导致系统不稳定。最后建立相应的两端MMC仿真模型，验证了理论分析结果的正确性。