与交流网络相比,直流网络具有线路损耗低、电缆数量少和供电容量大等优势。随着功率半导体技术的不断进步,直流网络的应用领域被大大拓宽。在大容量、远距离输电场合,高压柔性直流输电技术在近年来得到了迅速的发展,同时,中压直流供配电技术也逐渐受到了越来越多的关注。在高压直流输电领域,作为交直流网络之间进行功率转换的接口,模块化多电平变换器（Modular multilevel converter,MMC）凭借其高度的模块化结构、较小的器件电压应力、较高的输出波形质量以及较低的运行损耗等优点成为了主流功率变换装置拓扑。然而当MMC应用在母线电压等级不高的中压领域时,受制于较少的子模块数量,若其沿用在高压场合下常采用的最近电平调制策略时,将使输出电压的波形质量受到严重影响;而若采用多载波调制策略,其开关损耗又将显著增大。因而,针对MMC中压应用场景下无法同时兼顾高波形质量和低开关损耗的问题,本文展开了如下的研究工作:首先,介绍了MMC的工作原理,并推导了它的平均值等效模型。分别对最近电平逼近调制、载波移相调制以及载波层叠调制进行了深入的数学分析。分析结果指出,在最近电平逼近调制策略下,开关损耗低,但电平数较少时其输出电压的谐波特性较差;在多载波调制下,输出电压的波形质量随着载波频率的增大而提高,但同时带来了较大的开关损耗。此外,各调制策略下的输出电压波形质量均随着输出电平数的增加而提高。其次,为了进一步提高MMC的输出电平数,对一种含辅助子模块的改进型MMC拓扑进行了深入研究。针对其在经典运行方式下存在的开关损耗较大的问题,提出了一种优化调制方法,通过协调控制上、下两个桥臂的方式,显著提高了输出电压的波形质量且降低了系统的开关损耗。在所提出的优化调制方式下,该拓扑的输出电平数与典型的MMC拓扑相比提高了四倍,同时其开关损耗为典型运行方式的一半。接着,分析了环流的产生机理,对其解析表达式进行了推导。考虑到传统的基于共模电压补偿量的环流抑制策略难以应用在上、下桥臂协同控制的场合,本文利用滞环控制的思想提出了一种基于冗余调制模式的环流抑制策略,使系统能够在所提出的运行方式下实现对环流低频波动的抑制。最后,在以PLECS RT-BOX和TMS320F28069M数字处理器为核心的仿真平台上通过硬件在环的方式进行了半实物仿真实验。实验结果验证了本文相关理论分析的正确性以及所提出的优化调制方式、辅助子模块电压控制策略以及环流抑制策略的有效性。