多端口变换器是指能够连接多个端口、实现多个端口之间的功率变换和能量传递的变换器。多端口变换器通过器件的复用减小了变换器使用器件的数目从而达到了减小变换器的体积和成本的目的。多端口变换器在新能源发电并网、微电网、智能电网和柔性直流输电技术等领域有着广泛的应用前景。而目前关于多端口变换器的研究主要集中于低压小容量的多端口变换器,能够应用于中高压大功率场合的多端口变换器的设计仍然较少,技术细节并不完善。高压大功率多端口变换器的直流侧阻尼较小,故障扩展速度较快,当高压多端口变换器的直流侧发生短路故障时,会对系统造成很大的损坏,因此有必要研究具有直流侧故障自清除能力的多端口高压变换器。本文以九开关组变换器为研究对象,具体工作如下:(1)首先介绍了4种基本子模块,包括不具备提供反向电压能力的半桥子模块(Half Bridge Sub-module,HBSM)和具备提供反向电压能力的全桥子模块(Full Bridge Submodule,FBSM)、箝位双子模块(Clamp Double Sub-module,CDSM)和改进复合子模块(Improved Hybrid Sub-module,IHSM)。然后通过分析九开关组变换器发生直流侧双极性短路故障时的等效电路,得到九开关组变换器短路时影响短路电流的电气量。接着基于子模块的特性,提出了基于HBSM和FBSM的混合九开关组变换器和基于FBSM和CDSM(IHSM)的改进型混合九开关组变换器。(2)介绍了混合九开关组变换器的基本拓扑,提出了混合九开关组变换器的控制原理和调制方法,建立了桥臂在闭锁时的等效电路,研究了混合九开关组变换器闭锁时短路电流在变换器内部潜在流通路径,分析了混合九开关组变换器中各桥臂中混合子模块数目的配比。此外,考虑经济性,通过替换变换器中的FBSM得到了单极型混合九开关组变换器。通过仿真验证了混合九开关组变换器的拓扑的可行性,及该变换器清除直流侧故障的能力。(3)介绍了改进型混合九开关组变换器的基本拓扑。针对改进型混合九开关组变换器拓扑的特点,得到了桥臂中子模块的配比。通过仿真验证拓扑的可行性和直流侧故障自清除能力。最后将本文提出的九开关组变换器与传统的两端口变换器进行比较,说明混合九开关组变换器和改进型混合九开关组变换器的优越性。