伴随着以光伏和风能等为代表的分布式电源大量接入电网,工业生产和日常生活中直流负荷的逐渐增加,以及城市配电网系统改造和优化的实际需求,使得直流配电网成为了电力领域的一个研究热点。直流固态变压器承担着电网中电压变换和能量传输的作用,是直流配电网中的关键设备之一。其中,基于模块化多电平变换器的直流固态变压器(Direct Current Solid State Transformer Based on Modular Multilevel Converter,以下简称为MMC-DCT)因其自身的模块化设计,具有可拓展性强,冗余度高和故障处理能力强等优点,应用前景广泛。基于上述背景,本文对MMC-DCT系统的调制策略、数学模型、均压策略、软开关特性、控制方法和工作模式等关键性技术开展了研究和讨论,具体内容如下:首先,分析了MMC-DCT的拓扑结构和基本工作原理,并采用了动态相量分析法对系统进行建模;详细介绍了应用于MMC-DCT的调制策略,对准方波调制策略、正弦波调制策略和三角波调制策略下系统的电气量特性进行了推导分析和对比研究,验证了所研究的准方波调制策略在MMC-DCT系统中具有更好的工程应用价值;对系统的子模块电容电压平衡策略进行了分析,重点研究了子模块排序均压法和脉冲循环均压法。通过仿真验证了上述调制策略及均压策略的正确性。其次,为了降低系统开关损耗、提高系统工作效率,推导分析了准方波调制策略下系统的功率特性和开关器件的工作状态,总结了开关损耗产生的原因;引入附加电容半桥子模块结构,提出了一种适用于准方波调制下MMC-DCT系统的软开关(Zero-Voltage Switching,下文简称为ZVS)工作模式,并推导分析了系统软开关的实现条件和范围。通过仿真验证了所提软开关工作模式的有效性。最后,针对MMC-DCT系统的实际应用场合,对国内直流配电网电压等级序列的划分进行分析,并结合系统的工作特性,将MMC-DCT的工作模式划分为低压控制模式、中压控制模式和功率控制模式;根据系统的数学模型,对不同工作模式下系统的控制策略和相应的控制器参数进行了研究和设计。通过仿真验证了控制策略的有效性和控制器设计的正确性。