近年来,为了应对能源危机,减少碳排放,可再生能源大规模并网、分布式发电、大规模储能技术和新能源交通等迅速发展。接纳大规模可再生能源电力和智能化是现代电网的重要发展趋势和主要特征。工频电力变压器作为传统电网关键设备,其功能局限性愈来愈明显,难以完全满足现代电网的发展需求。电子电力变压器(Electronic Power Transformer,EPT),是一种将电力电子变换技术与中高频电磁耦合技术相结合的新型电力变压器。EPT不仅可以实现传统工频电力变压器的功能,还可以根据应用场景灵活选择相应拓扑结构,提供多个电压等级的交直流输入输出端口,具有高度可控性。EPT技术也是未来能源互联网关键技术之一。本文主要针对EPT相关特性及控制、兆瓦级工业样机研制和试验等方面展开研究。首先,为了解决级联H桥型(Cascaded H-bridge,CHB)EPT复杂拓扑结构下常规共模电压分析方法已难以适用的问题,本文建立了其高压侧共模电压分析等效电路及其对应数学模型。基于该模型,完整地分析了在三相输入电网对称及接地故障工况下高压侧共模电压产生机理,并通过数学解析计算方法研究了共模电压及高压侧各链节模块等效对地电压幅值、频谱等特征。另外,本文还分析了调制策略中的死区时间对共模电压的影响。仿真结果验证了前述等效模型和理论分析结果的有效性。建立的模型、提出的解析计算方法以及相关结论,可为CHB型电力电子变换器(CHBSTATCOM、CHB型逆变器等)的元件参数选型、耐压绝缘设计、共模电流的抑制等提供理论参考依据。接着,本文针对EPT常规冷/热冗余策略的不足,结合CHB-EPT的结构特征,提出了一种新型的组合式冗余策略,包括冗余拓扑结构、冗余模块预充电和故障模块平滑切换策略等。利用仿真和试验验证了所提冗余策略的可行性及有效性。该冗余策略,一方面以较少的冗余模块数量实现了系统高运行可靠性、降低了系统运行损耗且同时具备了冷热冗余相应的优点;另一方面,具备了系统在替换故障模块时冲击电流小、过渡过程短等优异性能。随后,在分析EPT输入级变换器多功能特性的基础上,提出了一种新型多功能组合运行的EPT控制策略,即在常规电能变换及有功功率传输的基础上,实现对并网点的无功补偿和谐波抑制等功能,以提高和改善系统的电能质量。该多功能型电子电力变压器,一方面可以充分利用除有功传输之外的装置剩余容量,具有更大的成本优势;另一方面,可以节省并网点附近的无功补偿或者谐波抑制类的无源/有源装置,这对于未来大规模应用电子电力变压器的配电网,可以带来十分可观的经济效益。最后,针对实际电网某10kV变电站,研究并开发了一台10kV/400V/1MVA EPT工业样机。重点介绍了主电路集成功率模块(Power Electronics Building Block,PEBB)及整机结构的设计与实现,并搭建试验平台对单级PEBB分别在额定电压和额定电流两种工况下进行了测试和验证。通过一系列试验,验证了所研制10kV工业样机的耐压绝缘能力、投切负荷、无功控制、谐波阻断等功能,为样机的工业现场投运、挂网运行奠定了基础。