随着分布式供电系统高效化的发展以及多元化直流负荷的供电需求,直流供电系统以其可靠性高、电能损耗小、无频率失稳、分布式能源接入成本低等优势受到愈发关注。直流配电网中,为了实现不同电压等级的能量传递,直流变换环节必不可少,由于直流配网中无法实现交流式磁耦合能量传递,因此基于电力电子器件的直流固态变压器成为其核心装置。针对中低压直流配网低压大电流的应用场合及电气隔离、能量双向传输的功能需求,本文提出了一种基于推挽谐振和级联半桥结构的直流固态变压器,并对其工作特性、控制及故障保护方案进行研究。本文首先阐述了直流固态变压器的基本构成单元推挽谐振电路与级联半桥电路的工作模态与电路特性。分析了推挽谐振电路在正向与反向模态开关频率对工作效率的影响。并通过建立级联半桥电路数学模型,分析了高压侧输出电压与占空比、电流纹波与输出电感的关系。其次,分析了基于推挽谐振拓扑的直流固态变压器的工作特性及控制方式。推挽谐振级联半桥子模块采用IPOS(Input Parallel Output Series)联结方式扩充系统容量以适应中低压直流配网,多模态电压/电流控制方式保证固态变压器的能量灵活流动。为减小低压侧电流纹波,子模块间采用移相控制,并探究了子模块数量和输出电容(电感)对电流纹波的影响,为电路设计提供依据。再次,研究了直流固态变压器应对极端工况下的故障保护方案。针对直流配电网中的电压闪变,研究了应对低压侧电压闪变的环路电流前馈方案及高压侧电压闪变的环路虚拟电容方案以提高系统供电可靠性。为避免子模块故障状态下的连锁损坏,给出了基于驱动信号逻辑封锁的子模块故障切除方案,且模块间的移相控制可根据故障状态自动调整运行。并搭建了所提直流固态变压器的仿真模型,进行了仿真验证。最后,本文搭建了基于推挽谐振级联半桥结构的双子模块固态变压器实验平台,对该固态变压器各模态运行工况及控制方案分别进行了验证,实验结果验证了本文所提电路拓扑及控制方案的有效性与可行性。