作为柔性直流配网的关键设备,直流固态变压器(DCSST)的控制性能和运行效率对提高系统实用性和经济性具有重要意义。不同于现有的模块化级联型DCSST,本文结合移相型双有源桥(PS-DAB)变换器和串联谐振型双有源桥(SR-DAB)变换器,提出一种混合型模块化直流固态变压器(HMDCSST)。该新型DCSST融合了PS-DAB控制灵活以及SR-DAB运行效率高的优点,较原有的DCSST拓扑,在保持灵活的电压调节能力的同时,可提高功率传输效率,且由于SR-DAB模块运行于开环模式,进而降低了系统设计复杂度。首先,本文给出了HMDCSST的拓扑,并对其工作原理进行了详细分析,推导出了平均值数学模型和功率损耗模型;根据平均模型,对HMDCSST在定输出电压控制模式下的输入输出特性及功率传输效率进行了分析;搭建了实验平台,对所提混合模型的运行效率特性以及输入输出特性进行相关实验验证。其次,在基本模块的器件参数层级,对HMDSST的参数优化设计进行了研究;首先,确定系统性能需求,并基于系统参数对性能指标影响的灵敏度分析,划分优化参数子空间,采用多层级的优化策略,以提高优化效率;在优化主回路和高频变压器参数的基础上,对系统的控制回路参数进行优化,并对优化设计结果进行系统综合评估,确认优化设计效果。除此之外,本文搭建仿真模型对所得的优化结果进行验证。最后,在级联模块化的拓扑层级,以单元模块的具体数量为目标参量,本文对HMDCSST的冗余模块配置问题和可靠性分析进行了研究,以提高其工作可靠性、运行效率和经济性等性能;基于拓扑和工作原理分析,综合考虑子模块系统、主控制系统以及阀冷系统等主要部分,建立了详细的HMDCSST可靠性模型,并在该模型的基础上,定量分析了运行时间和模块冗余配置对整机可靠性的影响,提出一种冗余模块最优配置方法,并进行相应的仿真算例验证。