随着直流输电技术的发展,直流电网逐渐成为大规模新能源并网和远距离电能传输的一个重要发展方向。而高压大功率DC/DC变换器作为构建直流电网的关键装备之一,不仅可以实现不同电压等级直流系统的互联,还可以实现故障隔离和潮流控制等功能。由于模块化多电平DC/DC变换器具有易拓展、开关器件电压电流应力小等优点,预计在未来的远距离高压直流输电和直流电网领域发挥至关重要的作用。本文以一种非隔离型模块化多电平DC/DC变换器拓扑（modular multilevel DC/DC converter,DC-MMC）为研究对象,首先分析了DC-MMC的拓扑结构和基本的工作原理,并在此基础上研究了DC-MMC的状态空间平均模型和向量模型。然后研究了在给定的稳态工作点下DC-MMC的小信号模型,并通过特征值轨迹研究了DC-MMC系统参数对系统开环稳定性的影响。最后通过与DC-MMC的详细开关模型的仿真结果对比,验证了所推导模型的准确性。为了实现DC-MMC的精确稳定控制,本文分别基于状态空间平均模型和小信号模型研究了其闭环控制。为了解决DC-MMC在只采用半桥子模块时变换器的最大功率受变比限制的问题,采用全桥和半桥混合子模块拓扑,并设计了相应的闭环控制器,当DCMMC电压变比变化时,变换器依旧保持较大的功率传输能力。考虑到模型预测控制具有更好的动态响应和较易实现等优点,本文研究了DC-MMC的有限控制集模型预测控制,可以显著降低传统模型预测控制的寻优次数。分析了子模块电容电压的变化规律,并分别提出了一种改进的归并排序算法和堆排序与归并排序相结合的电容电压排序算法,通过结合模型预测控制算法,可以降低控制器的计算负担,实现了变换器的输入侧电流、输出侧电流和环流的精确跟踪控制。基于仿真软件MATLAB/Simulink搭建了相应的仿真模型,验证了所提出控制策略的正确性。最后,搭建了一套两相DC-MMC的硬件实验平台,介绍了硬件平台的参数设计和器件选型,并展示了系统的硬件结构和控制框架,最后进行了DC-MMC的实验验证,验证了所搭建平台和相应控制策略的可行性。