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近年来,为加速能源绿色转型、更好的服务“双碳”战略目标,可再生能源的装机应用逐年攀升,新型直流负荷也快速涌现,传统交流配电系统已难以适用,而基于交直流混合配电的智能配电系统受到了广泛关注。多端口换流器作为智能配电系统的关键装置也备受关注,承担着连接多种不同电压形式、不同电压等级馈线,并实现多馈线电压灵活控制的重任。但受限于当前半导体开关器件的耐压水平,多端口换流器广泛采用多模块单元级联结构,导致其拓扑结构复杂、模块数量多、体积大,从而造成了换流器装置的经济性能差、功率密度低,限制了其在智能配电系统中的大规模应用。因此,如何提高多端口换流器的经济性和功率密度、保证换流器端口电压的灵活控制是智能配电系统发展的关键科学问题。根据智能配电系统的不同应用场景,多端口换流器可分为多端口电力电子变压器（Power electronic transformer,PET）、多端口智能软开关（Soft open point,SOP）以及多直流端口换流器,本文将从拓扑结构、控制策略、性能比较等角度,对智能配电网中多端口换流器的关键技术进行研究,并指出简化换流器拓扑结构、降低换流器子模块数量是提高多端口换流器功率密度和经济性的有效途径之一。多端口PET承担着连接中压交流（Medium-voltage ac,MVAC）、中压直流（Mediumvoltage dc,MVDC）、低压交流（Low-voltage ac,LVAC）以及低压直流（Low-voltage dc,LVDC）系统的功能,而现有基于模块化多电平换流器（Modular multilevel converter,MMC）的PET拓扑虽然具备多端口特性,但存在电能变换过程复杂、子模块和中频变压器（Medium-frequency transformer,MFT）数量多等不足。因此,本文在第二章中研究了多端口PET的拓扑简化方法,并提出了一种集中式谐振型多端口PET（Centralized resonant multiport PET,CR-MPET）拓扑,该拓扑采用多频调制策略,可通过MMC直接输出MVDC电压和中频中压（Medium-frequency medium-voltage,MFMV）电压,并采用单个集中式谐振电路和单个MFT替代传统PET拓扑中的输入串联输出并联（Input-series outputparallel,ISOP）DC-DC换流器,有效简化了PET的电能变换过程,减少了子模块和MFT数量。第二章对CR-MPET拓扑的控制策略和关键参数进行了设计,并通过仿真和实验对其可行性进行了验证。CR-MPET拓扑中的谐振元件与MMC桥臂电感存在耦合关系,使得谐振参数设计不够灵活。因此,本文在第三章提出了一种分布式谐振型多端口PET（Distributed resonant multiport PET,DR-MPET）拓扑结构,该拓扑中的MMC仅输出MVDC电压,而在MMC的六个桥臂中分别调制出MFMV电压,并通过在每个桥臂两端并联一组谐振电路和MFT替代了传统PET拓扑中的ISOP DC-DC换流器,同样简化了PET的电能变换过程,减少了子模块和MFT数量,而且具有更高的谐振参数设计自由度。在此基础上,第三章详细介绍了PET的谐振参数设计方法,并通过仿真和实验对DR-MPET拓扑的有效性进行验证,最后,与现有多端口PET拓扑进行对比,验证DR-MPET拓扑在子模块数量、电能变换级数等方面的优势。多端口SOP在智能配电网中负责连接多条交流馈线,并提供储能和直流负荷接入的LVDC端口,而现有多端口SOP拓扑存在模块数量多、端口电压相互耦合等问题。因此,本文在第四章中对多端口SOP拓扑的紧凑化设计方法进行了研究,并提出了一种多端口柔性合环换流器（Multiport flexible close loop converter,MP-FCLC）拓扑,该拓扑通过在每相桥臂两端并联一组谐振电路和MFT实现了两个CHB变流器的电气互联,且通过采用少量全桥电路与MFT连接可实现对LVDC端口的拓展。MP-FCLC拓扑仅采用少量的谐振电路和MFT替代了传统SOP拓扑中两个CHB变流器之间级联的大量DC-DC换流器,显著减少了换流器的模块数量、简化了换流器的电路结构。本文在第四章中对MP-FCLC拓扑的工作原理、控制策略、参数设计方法和性能对比进行了研究,并通过仿真和实验对MP-FCLC拓扑的有效性进行验证。多直流端口换流器旨在采用单个换流器实现对智能配电网中的AC-DC和多个DCDC变换器进行整合,从而简化多个端口间的电能变换过程。针对现有多直流端口换流器的电能变换级数多、端口扩展和电压等级配置受限、可靠性低等不足,本文在第五章中研究了传统MMC的直流端口拓展方法,并基于桥臂复用原理,提出了一种多端口桥臂复用型MMC（Multiport arm-shared MMC,MAS-MMC）拓扑结构,MAS-MMC通过采用多组上桥臂与一组共用下桥臂级联的方式,实现了多个不同电压等级MVDC端口和MVAC端口的互联,显著减少了子模块数量以及各端口之间的电能变换环节。第五章对MAS-MMC拓扑的工作原理、控制策略、参数设计和故障穿越方法进行了详细研究,并与现有多直流端口换流器拓扑进行对比,验证MAS-MMC拓扑在经济性、可靠性和灵活性等方面的优势。最后,通过仿真和实验对MAS-MMC的有效性进行验证。