能源互联网可以有效解决新能源发电带来的间歇性与不确定性问题,是未来交直流配电网的发展趋势。作为能源互联网的重要支撑环节,直流配电网具有高可靠性与低成本的优点,其关键设备直流变压器也受到了广泛关注。且直流变压器还可应用于电能路由器中作为中间环节提供电压变换、能量传递与电气隔离的功能,因此有必要对直流变压器开展深入研究,以推动能源互联网发展。模块化多电平直流变压器（MMDCT）在中高压领域优势明显,易拓展电压等级且具备故障穿越功能。但MMDCT存在回流功率过大的问题,可能会降低功率传输效率,导致开关器件过流,影响MMDCT稳定运行;此外,子模块故障会导致MMDCT桥臂子模块不对称,产生较大环流,同样会影响MMDCT的稳定运行。本文围绕MMDCT的回流功率优化控制与子模块故障容错控制问题展开了深入研究。首先,对基于准方波调制的MMDCT进行了机理分析,提出了一种近似为梯形波的功率模型计算方法,为后续研究提供了理论与模型基础。通过与实际功率模型进行对比,说明了近似功率计算方法的准确性与简便性;提出了一种桥臂电压均衡控制方法和基于功率的负载电流前馈控制方法,通过仿真与实验验证了模型的正确性与基本控制方法的可行性。其次,针对单移相控制下MMDCT存在较大回流功率的问题,提出了基于拓展移相控制的回流功率优化控制方法。采用近似功率模型算法,得出了拓展移相控制下的MMDCT回流功率优化工作区域。通过仿真可以看出,当拓展移相角工作在优化区域内时,MMDCT回流功率为零。然后,针对含冗余子模块的MMDCT子模块故障后的容错控制,提出了一种基于准方波调制的子模块轮流热备用控制方法。分析了子模块故障原因及对系统的影响,采用排序均压控制法,将每个周期内电压最高的几个子模块充当热备用子模块,无需额外设置充电设备且减小了备用子模块的投入时间。通过仿真可以看出,当子模块发生故障后,轮流热备用冗余容错方法比传统热备用方法减少了3.5s的充电时间。最后,针对无冗余子模块的MMDCT子模块故障后的容错控制,提出了一种高压侧移相的控制方法。对子模块故障后系统的不对称特性及高压侧移相控制引起的桥臂能量流动进行了分析,通过控制高压侧的移相角,可减小因不对称引起的桥臂环流。通过仿真可以看出,与其他无冗余容错控制方法相比,高压侧移相控制减小了故障桥臂的环流及冲击电流,提高了子模块利用率。