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基于模块化多电平变换器的高压直流输电技术（Modular Multilevel Converter Based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC）成为我国更大容量、更远距离、更加高效电能传输的重要手段之一,MMC换流阀的故障穿越能力则直接关系到输电系统的可靠运行以及柔性直流输电的发展前景。综合考虑换流阀的建设成本、运行效率以及故障穿越能力,由一半半桥子模块（Half Bridge Submodule,HBSM）和一半全桥子模块（Full Bridge Submodule,FBSM）所构成的混合型MMC在柔性直流输电技术中具有广阔的应用前景。当混合型MMC直流侧发生短路故障后,不仅产生较大的直流故障电流,同时故障危害还向交流侧渗透,威胁交流电网的安全;类似地,交流侧短路故障危害会渗透到MMC和直流侧,威胁MMC和直流电网的安全运行;MMC内部子模块故障则同时影响交、直流侧的正常运行。目前,关于混合型MMC复杂的故障危害渗透问题及其处理尚未有系统性的理论研究。理论上的欠缺导致故障处理技术不完善,一旦故障渗透危害超出预期,将引发连锁故障,威胁输电系统的安全与稳定。因此本文针对混合型MMC直流侧、交流侧以及内部子模块的故障穿越关键技术展开深入研究,主要研究内容如下:（1）当直流电压跌落故障发生后,倘若直接闭锁混合型MMC来清除直流故障电流,则牺牲了有功功率传输能力,而且未能发挥混合型MMC故障穿越的能力,降低了混合型MMC的利用率。针对直流电压跌落故障,提出了保障混合型MMC持续稳定运行的功率自适应补偿方法,即根据具体的直流电压跌落深度划分出四段电压运行区间,对应调整混合型MMC的运行模式,在保障换流阀安全稳定的同时,实现有功功率的最大化传输,以减小直流电压跌落对交流侧有功功率缺失的影响。进一步,针对最严重的直流短路故障下交流侧有功功率瞬时大幅缺失所引起的交流电网频率振荡问题,提出了基于功率流端口重构的直流短路故障柔性补偿方法,在清除直流短路故障电流的同时,充分挖掘利用混合型MMC内部电容储能来减缓交流有功功率的瞬态变化,实现对交流有功功率的柔性补偿。此外,本文还对所提柔性补偿方法展开通用化设计,并进行了数学量化分析,结果表明所提柔性补偿方法适用于不同容量等级的MMC中。采用所提柔性补偿方法使得混合型MMC在功率传输的基础上,同时具备直流断路器和储能变换器的作用,相比传统方案,不仅消除了直流故障电流,而且抑制了直流侧故障危害对交流侧频率稳定性的渗透影响,并且为电网调度应对故障事件争取了一定的时间,增强了交流电网的稳定性。（2）与交流网侧短路故障不同,当混合型MMC交流阀侧发生单相接地故障和两相短路接地故障后,将造成交流阀侧非故障相过压,同时产生基频零序电压、电流,进一步会通过MMC和直流输电线路的对地分布电容渗透到直流侧,导致直流母线对地电压和直流电流基频振荡,造成直流线路绝缘击穿以及MMC内部器件过流损坏。即使故障后将混合型MMC闭锁停机,还会导致非故障相桥臂子模块电容及开关管过压损坏。针对上述问题,通过充分利用混合型MMC固有电压边界,提出了基于调制基准点重构的端口电压自适应匹配方法,实现了交流阀侧短路故障穿越,有效消除了混合型MMC交流故障电流以及直流母线对地电压和直流电流的基频振荡。进一步,通过分析混合型MMC的故障穿越特性发现,采用所提端口电压自适应匹配方法保障了混合型MMC:（1）在交流阀侧单相接地故障下,有效清除整个交直流输电系统中的故障电流,能够维持并网运行并且持续向交流电网提供无功支撑,直到下一次的定期检修或者维修人员前来处理,其中容性无功输出范围比感性无功大;（2）在交流阀侧两相短路接地故障工况下,在网侧交流断路器成功开断前能有效清除直流侧的基频振荡,并且避免了MMC直接闭锁时非故障相桥臂子模块电容及开关管过压损坏。相比传统方案,所提方法解决了故障后交流阀侧非故障相过压容错运行的机理缺失问题,既没有增加硬件成本,而且消除了交流阀侧短路故障对直流电网和MMC的安全威胁。（3）针对混合型MMC内部子模块开关管开路故障,现有故障诊断方法存在诊断时间长或者只考虑了单一故障诊断,或者是只适用于特定的调制方式,并且有些方法计算复杂、处理资源需求高。为此,本文提出了基于最大电容电压子模块工作特性的故障诊断方法,通过判断具有最大电容电压的子模块的电容电压实际变化值与理论变化值之间的偏差即可快速诊断多个子模块故障,为故障后及时处理作准备。所提故障诊断方法不仅适用于最近电平调制,还适用于和子模块电容电压平衡算法结合使用的载波移相调制、载波层叠调制和模型预测控制。由于硬件冗余子模块数量有限,当故障子模块数超过冗余后,混合型MMC工作特性严重恶化。针对此问题,本文进一步提出了基于固有子模块共享的子模块故障容错重构方法,根据桥臂电压相位交错特性,通过利用其余桥臂中的空闲子模块来对故障桥臂的缺失电平进行补偿,维持混合型MMC直流侧端口电压以及交流侧线电压与正常运行时一致,保障了故障后混合型MMC对外的正常运行。与MMC中固有的调制冗余相比,所提子模块故障容错重构方法无需硬件冗余,即可实现内部子模块故障穿越,使得子模块冗余度以及最大可耐受故障子模块数拓宽了两倍,大大提高了混合型MMC的经济性和运行可靠性。本文充分挖掘利用混合型MMC固有特性,实现了混合型MMC直流侧、交流侧和内部子模块的故障穿越,有效抑制了故障危害及其渗透影响,保障了交、直流电网以及混合型MMC自身的安全与稳定,使得混合型MMC在多端互联HVDC输电应用中发挥更大作用。