传统电力系统设备因其不具备灵活功率流控制、无法实现能量多节点双向传输、难以提供多样化供电形式的特点,难以满足未来智能电网发展需求。基于电力电子技术发展而来的固态变压器等各类电力电子变换装置,不但能为各类可再生能源及储能系统提供丰富互联接口,还将为未来电网潮流智能分配管理和多端能量变换提供灵活控制方法。本文研究了一种应用于未来智能电网的交流三端口变换器,完成以下工作:介绍了固态变压器的发展历程及出现的典型拓扑结构,在此基础上给出了交流三端口变换器采用高压级联整流级、中间隔离DC-DC变换级和低压逆变输出级三级式拓扑结构。针对三电平H桥单模块和单相级联变换器,分别建立其开关等效电路,推导电路方程表达式;针对双向半桥三电平DC-DC拓扑结构,分析其工作原理并推导其在移相控制条件下的功率传输特性。研究了适合级联整流级的三相DQ解耦控制策略,在模块间采用载波移相调制及模块内采用反相载波层叠调制的基础上,增加冗余开关选择,解决了三电平H桥多电平模块分电容电压均衡问题;针对中间级三电平半桥DC-DC变换器,应用双边三电平移相控制方式,推导不同模式功率传输特性,研究了一种轻载效率较高的中间隔离DC-DC变换级控制策略。在上述研究的基础上,搭建了交流三端口变换器系统MATLAB/Simulink仿真模型,仿真了输入级在系统启动和负载变化过程的动态特性,带载工作时网侧电流正弦性、单位功率因数运行等稳态性能;其次仿真了中间级采用双边三电平控制的工作原理和功率传输特性,并对比仿真验证了轻载时采用传统移相控制、单边三电平控制和双边三电平控制时各自流过中频变压器电流的大小;最后模拟了两个低压端口与高压端口之间的功率传输特性。在理论研究和仿真验证的基础上,构建了由三相整流和隔离DC-DC构成的能量交互小功率实验平台,完成基于FPGA芯片控制程序设计,给出了系统动静态性能,分别实验验证了三相级联整流器、隔离DC-DC变换器及多端口能量交互系统电路拓扑和控制策略的正确性及可行性。