随着智能电网的发展,越来越多的可再生能源接入电网,对电力系统的电能质量、稳定性及灵活性提出了更高的要求。而作为电力系统中最重要装置的电力变压器,其过于单一的功能不能完全满足现代电力系统的新要求。因此,电力电子技术的兴起给新型电力变压器的形成和发展提供了契机。电力电子变压器通过电力电子器件和中(高)频变压器来实现隔离的AC/AC变换,它不仅可以完成常规电力变压器的变压、隔离、能量转换的功能,还具有高度的可控性和灵活性,所以它的发展符合未来电网的需求,有着非常重大的现实意义和经济、社会价值。本论文围绕级联型电力电子变压器的关键控制技术,在输入级的相间平衡控制、直流输出级的并联控制、整机不平衡无功补偿、容错控制等多个方面做出了研究,主要工作和取得的创新性成果如下：1)对级联型电力电子变压器输入级进行了建模和控制研究。建立了单相级联H桥的数学模型,并针对已有的相内直流电压平衡控制方法进行比较,量化分析出有功矢量修正的相内直流侧平衡控制方法更具优势。进一步建立了三相级联H桥的数学模型,并参照传统三相全桥整流器的解耦控制,给出了三相级联型并网变流器的整体控制方法。2)提出了解决输入级的相间直流侧电压不平衡问题的新方法。在分析各相平均功率模型基础上,分别针对两种三相结构提出了切换式的相间平衡控制方法——星形结构中的零序和负序电压注入法以及三角形结构中的零序电流注入和分相控制结合法,这两种方法均具有很好的稳态和暂态性能,能够很好地兼顾装置的输出性能和相间有功调节能力,并进行了仿真和实验验证。3)优化设计了直流输出级的双向主动全桥(DAB)并联控制策略。在对单移相控制下的DAB数学模型和软开关条件分析的基础上,对其控制方法展开了研究。利用级联型电力电子变压器的结构特点,提出了两级综合控制方法,从理论上与传统的并联均流控制进行了对比分析,该方法在达到同样控制效果的情况下,简化了控制系统,并进行了对比仿真验证。4)分析了不平衡无功补偿场合下的级联型电力电子变压器的补偿特性。分析了两种三相结构在分级独立控制下的不平衡补偿域,三角形结构适合任意不平衡度的补偿,但需要较大的电流裕度,而星形结构由于结构上的优势更适用于电流不平衡较小的场合,该分析同样适合于级联型静止同步补偿器(STATCOM)的应用。进一步利用两级综合控制实现了任意不平衡度的无功补偿,在充分使用直流输出级电流裕量的同时,消除了输入级为直流电压平衡控制所提供的器件裕度。5)提出并研究了级联型电力电子变压器的容错控制新方法。在利用旁路机构对故障单元进行屏蔽的基础上,提出了基于零序电压注入和直流侧优化的容错控制算法,该方法采用了故障零序电压注入,有效地解决了旁路故障功率单元时造成的直流侧电压突变且回复慢的问题,同时不发生电流突变,很好地保证了装置的可靠运行。同时引入了直流侧电压优化控制方法,在旁路单元数较多时适当提高直流侧电压指令值,进一步增强了级联型电力电子变压器的容错能力,并通过仿真和实验进行了验证。最后,分析了级联型电力电子变压器的关键参数设计原则,进而介绍其控制系统的设计思路,并通过实验室样机进行了整体功能验证。