以高效能源互联和电力电子化为特征的新型交直流区域配电网/微电网,是未来能源互联网系统的重要组成部分,对实现新能源发电和环境保护国家战略具有重要意义,可以有效提高分布式能源发电的渗透率和配电网运行的可靠性。为提升未来交直流配电网的灵活性以及实现能量分配管理的有效性,近年来提出了融合电力电子变换技术和信息技术的灵活配电系统关键设备—电能路由器（EER）,并正在逐步形成在多种分布式能源应用环境下以电能路由器为关键节点的新型交直流区域配电网/微电网系统架构。目前,关于电能路由器的研究正处于起步阶段,是能源互联网建设亟需突破方向之一。电能路由器作为未来交直流配电网的关键节点设备,从稳态角度而言,由于其互联交流配电网和直流配电网,通过各端口协调控制和电能路由,可以最大限度的消纳可再生能源发电,合理调控分布式储能设备,实现电能路由器及其系统在并网和离网下安全、可靠、绿色和高效运行;从暂态角度而言,电能路由器不仅应具有故障隔离功能,还应具有短路电流限制和故障电压支撑与校正的能力,能够形成应对交直流配电网暂态故障穿越的系统级措施,结合终端可再生能源发电设备和负荷的故障穿越能力,共同提升配电网安全和持续供电。本文旨在围绕作为交直流配电网/微电网互联的系统级供电设备的模块化多电平（MMC）电能路由器,研究其拓扑结构、工作机理与控制策略,研究其节点能量协调管理和故障穿越控制方法,保证电能路由器在稳态、暂态复杂工况下稳定、高性能运行,从而进一步提升分布式新能源的渗透率和交直流配电网的可靠性,为电能路由器在未来交直流配电网/微电网的应用提供技术支持。针对电能路由器功能需求及现有拓扑结构存在的不足,本文提出一种适用于多电压等级交直流电网互联的模块化多电平电能路由器（MMC-EER）及其组网方式。电能路由器的拓扑结构是其功能实现与故障穿越的基础,为实现交直流故障隔离与故障穿越,研究具备负电平输出能力的电能路由器高压级主动型换流器和变压隔离级拓扑结构;研究以电能路由器为节点的交直流混合配电网结构,提出基于多台电能路由器组成的3种类型的交直流配电网组网方式。针对复杂工况下电能路由器高压级MMC控制问题,提出基于分层的电压外环和基于重复控制的内环桥臂电流控制的MMC改进综合控制策略。首先分析了CPS-SPWM调制下死区效应、桥臂参数不对称、交流电网故障以及电能质量治理四种情况对高压级MMC内部动态特性及其对交直流侧端口电压电流的影响;建立包含交流侧分量、直流环流分量和交流环流分量的上、下桥臂解耦等效电路模型;针对高压交流电网不对称故障和高压直流极对极故障,提出基于分层的电压外环控制,包括直流端口母线电压/功率控制、基于直流环流注入和基于负序电流注入的相电容电压平均值控制及其二者切换策略、上下桥臂电容电压平衡控制以及桥臂内子模块电容电压平衡控制四部分,实现在交直流故障穿越等复杂工况下的子模块电容电压的稳定;为了无差跟踪静止坐标下的多频分量电流指令值,并抑制电网电压畸变、死区效应等引起的周期性扰动,提出基于重复控制的MMC桥臂电流控制,并给出该控制方案的实现方法、性能分析和参数设计原则;最后,通过仿真和样机实验验证所提的高压级MMC综合控制策略的有效性。针对桥臂参数不对称和轻载运行工况下模块化多电平直流变压隔离级（IMMDC）子模块电容电压发散和桥臂交流环流问题,提出一种IMMDC子模块电容电压综合控制策略,包括两个层面,分别是上下桥臂电容电压平衡控制和桥臂内子模块电容电压平衡控制。首先,分析准方波调制下IMMDC的工作模态,推导各工作模态IMMDC电流及传输功率的数学模型;揭示桥臂参数不对称导致桥臂电容电压不平衡及桥臂交流环流产生机理,提出基于PWM+移相的IMMDC上下桥臂电容电压平衡控制方法,实现IMMDC双向功率传输下上、下桥臂电容电压平衡,并有效抑制交流环流;针对IMMDC的不同工作模式、不同电压匹配比导致常规排序法失效的问题,提出一种基于单排序的工作模式自适应的桥臂内子模块电容电压平衡控制方法,实现全运行工况下IMMDC桥臂内子模块电容电压的平衡控制;最后通过仿真和样机实验验证所提的综合控制策略的有效性。为了抑制周期性扰动对低压级LCL型变流器输出电流的影响,提出一种基于新型分数阶谐波干扰观测器的变流器电流内环控制策略。首先,建立死区效应、并网点电压畸变等引起周期性扰动的数学模型;其次,在dq坐标下采用无限冲激响应滤波器技术将周期性扰动信号的内模置入到干扰观测器回路,提出一种新型的谐波干扰观测器,结合电流内环PI调节器、电容电流有源阻尼和电网电压直接前馈,实现对周期性扰动的观测估计和有效抑制;提出基于拉格朗日插值法的谐波干扰观测器分数阶近似方法,提高LCL型变流器在交流电网频率变化下的控制性能;给出了基于分数阶谐波干扰观测器的LCL型变流器内环控制的稳定性证明、参数设计及性能分析;最后,通过样机实验验证所提出的基于分数阶谐波干扰观测器的低压级变流器电流内环控制策略的有效性。针对电能路由器内部多级变换器控制与能量管理问题,提出基于分层的电能路由器综合控制和基于储能协调的电能路由器节点能量管理策略。根据电能路由器高压交直流端口、低压交直流端口的接入情况及功率流向,详细分析电能路由器的运行模式和工作状态;其次,提出基于分层的电能路由器内部三级变换器协调的综合控制策略,保证电能路由器各级变换器稳定运行;针对不同运行模式下电能路由器节点能量管理问题,研究提出基于储能协调的电能路由器并/离网能量管理策略,保证可再生能源消纳最大化和低压交直流微电网用户经济最优。