直流电网是未来智能输配用电系统的重要组成部分，对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。直流变压器作为直流电网的关键设备，可以实现直流电压变换、直流电能传输与控制的作用，对直流电网的性能有着决定性的影响，引起了国内外学者的广泛关注与研究。
　　在中高压直流场合，模块化多电平直流变压器解决了输入串联输出并联结构直流变压器功率密度低、绝缘设计复杂等一系列问题。但目前针对模块化多电平直流变压器的桥臂均压、故障特性与故障穿越等方面的研究十分有限，难以支撑变压器的动态运行与故障穿越。为了解决这一问题，本文围绕模块化多电平直流变压器的电容电压平衡控制技术与故障穿越控制技术展开研究。
　　首先，对模块化多电平直流变压器进行了机理分析，建立了准方波调制下的模块化多电平直流变压器的功率传输模型。通过将准方波调制对应的阶梯波近似为梯形波，可以大幅简化功率计算的复杂程度，得出的功率传输模型精度较高且适用于级联模块数量不同的变压器。
　　然后，围绕模块化多电平直流变压器电容电压均衡控制展开研究，针对桥臂内级联模块均压动态效果差的问题，提出了改进的排序均压算法；针对上、下桥臂间模块均压效果不佳的问题，提出了基于占空比调节的均压方法。对现有排序均压算法中工作模态判断单元进行优化，将功率移相角作为变压器工作模态的判据，可以有效提高排序均压算法对工作模态变化的感知速度，避免电容电压发散，提高桥臂内级联模块均压的动态性能。通过建立共模、差模电流等效回路，推导了不同模态下占空比与上下桥臂间传输功率的关系。结合变压器的工作模态调节触发信号占空比，可以有效控制上下桥臂间的传输功率，实现上下桥臂间电容电压的平衡，省去了传统方法中的滞环控制过程，有效优化了桥臂间电压均衡效果。
　　最后，对模块化多电平直流变压器在高压直流母线故障时的故障特性进行了分析，并提出了一种低压穿越控制策略。在拓扑结构上使用全桥子模块代替半桥子模块，利用全桥子模块的闭锁特性，可以有效提升变压器的故障清除速度。同时利用全桥子模块能够输出负电平的特点，以高频变压器高压侧电压稳定为控制目标，对每个桥臂输出的电平进行实时调整，可以实现电压跌落时的故障穿越。