随着电力电子器件与装置容量的不断突破,近年来柔性直流输电技术得到了迅速发展,在此基础上形成的直流电网备受关注,被认为是解决大规模可再生能源消纳的关键技术。高压大容量DC/DC变换器是联接不同电压等级直流输电线路、构造直流电网的核心设备。现有MMC型DC/DC拓扑必须在桥臂中注入交流电压,存在开关器件数目多、成本高、运行效率低以及滤波电感和变压器磁性元件笨重问题。为克服上述问题,本文从容性能量转移DC/DC变换器（Capacitive energy transfer DC/DC converter,CETDC）拓扑基本结构与换流方法出发,归纳CETDC拓扑演化与组合方法,并将CETDC拓扑拓展至伪双极直流输电、直流潮流控制等典型直流电网应用中,并针对CETDC拓扑结构及其应用场景设计控制方法。本文参考经典低压Buck-Boost变换器的能量转移过程,将基于子模块的储能桥臂作为能量缓冲元件,通过基于器件串联的换流阀切换子模块中储能电容的充、放电状态,实现容性能量的转移。在此基础上提出CETDC拓扑的基本结构,并揭示其换流原理、功率调控原理以及能量平衡原理。提出由晶闸管和二极管组成换流阀、由半桥子模块构建储能桥臂的CETDC拓扑,并从换流波形、晶闸管的可靠关断、零电压开通以及du/dt限制等方面,设计了晶闸管/二极管换流阀的换流过程与换流控制方法。所提拓扑及控制方法均得到了仿真和实验的验证。通过与传统MMC型DC/DC拓扑对比分析,证明了CETDC在成本、效率以及体积重量方面的优势。根据CETDC拓扑的基本结构与运行原理,分别归纳了储能桥臂与换流阀的构造约束,演化了Buck-Boost、Buck和Boost三种类型CETDC拓扑,并进一步得到适用于功率单向传输的拓扑。在此基础上,将功率单向传输的Buck-Boost型和Boost型拓扑进行组合,通过机械开关的切换,提出了具备功率双向传输能力的CETDC拓扑,其换流阀可仅采用低成本、低损耗的二极管。利用储能桥臂对电压、电流的控制能力,设计了功率反转时机械开关的切换控制方法,为机械开关创造零电压零电流（Zero-voltage zero-current,ZVZC）的切换条件。通过仿真和实验验证了所提拓扑及控制方法,并证明了组合式拓扑中二极管换流阀在成本和效率方面的优势。将CETDC拓扑的应用范围扩展至伪双极直流输电,提出储能桥臂的极间复用方法。在满足储能桥臂构造约束的前提下,引入新的储能桥臂连接方式,将储能桥臂两端分别连接至低压侧正、负极,实现储能桥臂的极间复用。在此基础上提出了伪双极CETDC拓扑,可省去两相电路元件。储能桥臂极间复用会导致储能桥臂的充、放电功率不等问题,为此提出了调整充、放电时间的储能桥臂极间复用能量平衡方法。在换流阀切换过程中,通过合理控制储能桥臂电压,实现了换流阀的ZVZCS。设计了伪双极CETDC换流波形及运行控制方法,通过相间交错90°的运行方式保证拓扑输入、输出电流的连续。所提拓扑及控制方法均得到了仿真和实验的验证。通过与传统CETDC对比分析,证明了伪双极CETDC在成本、效率以及体积重量方面的优势。本文进一步将CETDC应用于线间直流潮流控制器。首先分析线路电流与线间直流潮流控制器端口电压的关系,揭示了线间直流潮流控制器对线路电流的调控原理。为了保证任意电流方向工况下的电流控制能力,储能桥臂采用全桥子模块,换流阀采用双向晶闸管,构造了基于CET原理的线间潮流控制器拓扑。由于线间直流潮流控制器仅能改变两条线路电流的分配比例,为此提出了端口电压差共模分解控制方法,其中差模分量用于调控线路电流,共模分量用于实现储能桥臂的能量平衡,两者互不影响。通过仿真和实验验证了CET线间潮流控制器拓扑及控制方法,并与传统的模块化线间潮流控制器拓扑进行对比,证明其在成本和效率方面的优势,为未来直流电网的直流潮流控制提供了方案。