大容量直流电力电子变压器作为未来直流输配电网中的关键设备，关系到直流电网的运行效率、可靠性和建设成本，是直流电网中电力电子装置研究的热点。目前，大容量直流变压器的研究还处于理论分析和试验样机研制阶段，无法达到工程化应用要求。其中，用于直流输配电网的大容量多端口直流变压器拓扑和相应的调制与控制策略，是关系到直流电网发展的热点和难点。因此，本文围绕适用于多电压等级直流母线互连的多端口直流变压器拓扑和相应的调制方法与控制策略展开研究，以期对直流输配网电能变换装置的发展提出新的思路。
本文首先对直流电力电子变压器拓扑和调控策略的研究现状进行介绍，对基于模块化多电平结构的直流变压器拓扑进行比较分析，结合直流输配电网对直流变压器拓扑的设计需求，对一种具备良好技术潜力和应用前景的模块化多电平结构多端口直流变压器拓扑展开研究。本文分析并揭示了该拓扑的结构和工作原理，并结合直流输配电网结构对该拓扑在直流输配电网中的应用进行研究。
本文针对不同电压等级直流母线互连的需求，对模块化多电平结构直流变压器的几种典型调制方法进行比较总结，在此基础上提出一种增益可控的近方波优化调制方法并进行仿真验证。该调制方法能在不依靠内部隔离变压器变比的前提下，通过对子模块的投切灵活改变直流变压器的电压变比，并有效减少子模块开关管的电压应力。
基于前述分析，本文针对多端口直流变压器子模块的电容电压不平衡问题，设计了基于桥臂电流方向判断的电容均压算法，该算法有效减小变压器工作过程中的直流侧电压电流纹波。针对多端口变压器的多端功率传输需求，设计了相应的多端功率汇集和多端功率馈送控制策略。搭建模块化多电平结构的多端口直流变压器模型，通过仿真验证所提出的调制方法和控制策略有效性。
最后，本文基于dSPACE控制系统搭建模块化多电平结构多端口直流变压器实验平台，对模块化多电平结构的多端口直流变压器拓扑和提出的相应调制与控制策略进行了实验验证。