近年来,随着可再生能源接入及各种电能负荷即插即用的需求与日俱增,高品质的电能质量正成为用户端的追求。就电能质量而言,频率、电压、波形及功率等已远远不能满足用户们的要求。随着电力电子技术的发展,电力电子变压器对电力变压器进行了革新,改善了配电网的电能质量。其中的直流变压器(DC transformer,DCT)是直流配电网中的关键技术。但是,DCT只是一个能量变换和传递的设备,任何时刻DCT的两个端口传输功率和为零,端口间相互关联,紧密配合,相互影响,这阻碍了直流配电网电能质量的提高。同时,也大大制约了直流变压器在交直流混联、分布式电源接入等场合的应用。为实现DCT不同端口的能量在一定范围内独立控制、端口间功率可以相互解耦,本文将储能元件与DCT结合,研究了一种基于交叉对偶型储能模块的直流变压器结构,简而言之,即含储能的直流变压器(Energy Storage System-DC Transformer,ESS-DCT)。本文以此变压器为研究对象,从以下几个方面对实现DCT端口功率解耦及提高直流配电网电能质量进行研究:1)围绕所研究的ESS-DCT的拓扑构成及工作原理进行了详细介绍。该系统拓扑由三层结构构成,即:系统级的输入串联输出并联(Input-series and Output-parallel,ISOP)结构,模块级的输入串联输出串联(Input-series and Output-series,ISOS)结构,基础级的双向隔离DC/DC变换器结构;并对比分析了不含储能的直流变压器与本文介绍的含储能的直流变压器端口功率特性,建立了储能模块的稳态数学模型;并根据ESS-DCT电路拓扑,从系统底层的隔离DC/DC变换器的控制策略开始分析,然后对储能模块ISOS的控制策略进行分析,最后分析系统级的ISOP的控制策略。2)针对ESS-DCT系统端口功率解耦、模块内功率分配及模块间功率分配情况进行了分析研究。根据相应的控制策略,对比分析ESS-DCT在单端电压恒定、双端电压恒定、双端电流恒定三种工况下,系统端口功率特性、储能单元功率分配情况。并针对单个储能模块、多个储能模块组成的ISOP系统,进行了MATLAB/Simulink仿真及实验验证。3)在实现系统端口功率解耦、储能单元功率可任意分配的前提下,针对系统功率突变对储能单元正常运行造成剧烈冲击的问题,研究了一种混合储能型直流变压器的拓扑结构。首先介绍该拓扑构成,设计相应的功率分配控制策略,实现由功率型储能单元承担瞬时的功率变化,由能量型储能单元补偿平缓的功率差,从而充分发挥混合储能的优势,延长其使用寿命。最后,通过MATLAB/Simulink仿真与实验研究,对该拓扑及控制策略的可行性进行了验证。