随着经济的快速发展,电力供应需求不断加大,可再生能源的装机容量不断增多,这些都对电力系统的稳定性和电能质量都提出了更高的要求。而能源互联网是进一步实现可再生能源高效利用和改善电网电能质量的有效方案,其中,电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)是能量管理的执行设备。与常规电力变压器不同,电力电子变压器不仅要能实现变压、隔离和能量转换,还要有很高的灵活度以实现不同的控制目标。因此,电力电子变压器相关技术的发展有着十分重要的经济和社会价值。本论文分析了基于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的四端口PET工作原理并建立了数学模型,围绕其关键技术,在拓扑结构,直流故障保护,多模块电压测量和降低软硬件复杂度等多个方面做出了研究,主要工作和成果如下:1)针对四端口MMC型电力电子变压器在中高压直流网络中应用时可能出现的直流短路故障问题,以加快故障清除速度和降低重启难度为优化目标,综合现有技术优点,提出了增强直流故障穿越能力的改进拓扑,并进一步提出了该拓扑在不同电压等级和模块数量情况下的快速预充电方案。2)提出了降低硬件复杂度的改进拓扑结构。针对四端口MMC型电力电子变压器基本拓扑结构所需开关器件及其辅助电路数量较多的情况,一方面通过改进子模块结构来降低所需双向主动全桥(Dual Active Bridge,DAB)的开关器件。另一方面,利用MMC子模块和DAB前级的开关器件来共同实现直流故障穿越功能以提高开关器件利用率和减少新增开关器件,从而得到结构更为简洁和紧凑的拓扑结构。该结构不仅降低了硬件复杂度,而且进一步降低了控制复杂度。3)提出了适用于不同拓扑结构的多模块电压测量技术。为降低因采用模块化多电平结构所带来的子模块直流电压测量硬件数量和复杂度问题,在分析MMC桥臂交流侧电压变化规律的基础上,通过合理配置传感器和充分利用采样值,提出针对不同拓扑结构的多模块电压测量技术,从而尽可能地使用较少的传感器得到较为精确的子模块电压值。对于可能出现的所需电压传感器带宽和测量范围的限制问题,还提出了相应的分组测量方法。4)优化了MMC型电力电子变压器的控制策略。分别对MMC和多DAB输出并联系统的控制策略进行了分析和研究。对比了子模块电容电压平衡控制分别在MMC和多DAB输出并联系统中实现的特点。提出了在多DAB输出并联系统中实现电压平衡的MMC型PET整体控制策略。该策略可减少所需的测量量,降低了控制复杂度,并且为MMC型PET在不同工况下的功率协调控制提供了研究基础。最后对所提出的MMC型电力电子变压器设计了实验样机,介绍了控制系统的设计思路和功能实现方案,并且使用样机进行了整体控制策略的低压实验验证。