随着电力电子技术的发展,大功率电能变换技术在直流配电网、轨道交通等诸多领域得以应用。然而目前中高压大功率场合中,现有直流变换器多存在开关器件数量多、体积大、硬件成本高、均压均流控制复杂等缺陷。为此,本文提出了一种适用于直流中高压大功率变换应用场合的模块化多电平谐振式DC-DC变换器(Modular multilevel resonant DC-DC converter,MMRC)。MMRC主要由直流侧支撑电容与谐振开关单元组成,具有结构模块化、低电压纹波、零电流软开关、电容电压自平衡、高效率等优点。本文对MMRC的工作原理及其工作模态、开关器件零电流软开关特性、直流支撑电容自均压特性等方面进行了分析。在此基础上提出了三种MMRC电路连接拓扑,对比分析了三种连接拓扑中开关器件所受的电压/电流应力的变化规律。以九电平MMRC优化传输拓扑为例,对其最小纹波控制策略进行了分析。总结了可以实现最小输入电流纹波以及最小直流侧电容电压纹波的最优控制策略,并通过仿真验证了理论分析的正确性。除此之外对MMRC电路的参数设计进行研究,对开关器件电流、谐振电流以及直流侧电容电流进行了定量分析,建立了MMRC等效模型,对存在寄生参数时由于电路损耗带来的电容压差以及变换器效率进行了预估推导。最后,本文搭建了九电平MMRC实验平台对上述理论和仿真分析进行验证。实验结果与本文的理论分析和仿真结果高度吻合,从而有效证明了 MMRC在直流中高压大功率电能变换场合具有良好的应用价值。