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目前,为推动清洁能源、分布式能源的科学利用、建立更为灵活的能源互联网,基于模块化多电平变换器（modular multilevel converter,MMC）的电力电子变压器（power electronic transformer,PET）正获得前所未有的关注,基于MMC的PET不仅涵盖了传统工频变压器的基本功能,还具有功率控制、故障隔离等功能,且它的输出波形质量好,易于实现电压等级扩展、易于进行冗余容错控制。但它成本高、体积庞大、功率密度低、子模块电压不易均衡,这些缺陷阻碍了它的广泛应用。本文将基于三相四桥臂MMC这种显著减少子模块个数的拓扑结构,提出三种新的PET拓扑结构,并研究三种新拓扑结构的具体控制方法。首先,利用三相四桥臂MMC的结构优势,提出了基于两电平子模块的四端口PET拓扑,并研究了三相四桥臂MMC的基本数学模型,在此基础上对其控制方法也进行了研究。关于控制方法的研究,首要解决的是其中包含的三相四桥臂MMC的对称性问题。三相四桥臂MMC并非三相对称结构,它的其中一相为电容串联构成,对比传统三相六桥臂MMC,其可控自由度减少,因此提出了一种两相60°控制方法,初步保证其具有较为对称的输出。接下来又研究了新拓扑的基于dq坐标系比例积分电流控制、无差拍电流控制、隔离级功率控制,并在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型,将上述控制方法应用于其中并得到了较好的控制效果。其次,利用三相四桥臂MMC与三相六桥臂MMC的结构特点,在基于两电平子模块的四端口PET拓扑的基础上作进一步扩展,提出五端口10k V与20k V联络PET拓扑,其与四端口PET具有共性的地方继续沿用它的控制方法,而对子模块电容电压平衡控制、提高三相六桥臂MMC直流电压利用率控制进行了深入的研究,并在Matlab/Simulink中搭建了五端口10k V与20k V联络PET仿真模型并进行了仿真验证。再次,从多电平子模块可进一步减少子模块个数以降低变换器的成本与体积的技术路线出发,提出一种基于三电平子模块的四端口PET,其中采用三电平双半桥拓扑作为四端口PET的高压级子模块,采用二极管中点箝位型拓扑代替了传统隔离级双有源桥原边H桥。并对这种新拓扑的控制器设计、调制等进行了研究,并搭建了这种新拓扑对应的Matlab/Simulink仿真模型并对相应的控制方法进行了仿真验证。最后,对于MMC的硬件实验平台进行了初步设计,包括MMC硬件电路的基本构成设计、DSP主控电路设计、FPGA板电路设计、基于FPGA的脉宽调制程序设计等。