随着我国特高压交流输电工程的发展和特高压交流电气设备国产化能力的提升,无论是在特高压交流输电技术的研究上,还是在特高压交流电气设备的绝缘考核上都离不开特高压交流试验电源。因而展开特高压交流试验电源的研究具有重大意义,可极大推动我国特高压电网的发展和提高其运行的稳定性。目前,我国在特高压交流试验电源理论、关键技术和其工程应用方面的研究较少。本论文以国家电网公司1000kV级交流特高压输变电工程关键技术—调频式谐振特高压试验电源(Ultra High Voltage Frequency Tuned Resonant Test Power Supply, UHV-FTRTPS)项目为依托,以调频式谐振特高压试验电源的理论研究和工程应用为主线,研究内容涵盖了调频式谐振特高压试验电源的基本工作原理、拓扑结构、主要结构部件设计与制作、控制算法和特高压交流输电现场工程应用等方面,形成了一套较为完善的关于调频式谐振特高压试验电源的理论、关键技术、装置研制与应用方案。在对调频式谐振特高压试验电源通用结构和基本谐振方式介绍的基础上,对本论文提出的基于模拟放大器的UHV-FTRTPS基本原理和结构进行了详细阐述,深入研究了该类型特高压试验电源主要部件的电路及工艺特点、工作原理和关键参数的选取。并首次分析了被测试品容值(即特高压电气设备)的大小、整个电源重量与负载容性无功之间的关系、特高压谐振电路品质因数与UHV-FTRTPS输出电压信号频率上限之间的关系,从理论上指出UHV-FTRTPS输出信号频率上、下限分别为30和300 Hz较为合适。同时结合基于模拟放大器的UHV-FTRTPS电路的特点,对其调幅、调频控制方法进行了深入研究。提出的智能调频控制算法可以依据频率误差对频率进行先‘粗调’后‘细调’,精度可达0.1 Hz。提出的模糊最优非线性PI调幅控制策略,在大偏差范围内采用模糊控制,以获得更好的瞬态性能；在小偏差范围内采用最优非线性PI控制,以获得更好的稳态性能及超调抑制性能。整个控制算法具有响应速度快、鲁棒性强的特点。随着电力电子技术的发展,各种功率开关器件不断面世,借鉴现代电力电子技术,本论文提出一种基于不可控整流-H桥逆变的调频式谐振特高压试验电源,介绍了它的基本工作原理和谐振原理。并对其大功率H桥逆变器的缓冲电路和输出滤波器进行了优化设计,从缓冲电路抑制IGBT关断过电压能力、自身损耗和器件投资三个方面出发,建立了缓冲电路优化设计的目标函数；从大功率H桥逆变器输出滤波器初期投资、输出滤波器输出电压和电流信号畸变率、输出滤波器基波压降几个方面出发,建立了输出滤波器优化设计的目标函数；采用模糊优化方法来求解这两个多目标优化函数。对于该类型UHV-FTRTPS的调幅控制提出了电压调节自调整PI控制方法、调频控制提出了一种新的PI锁相自动调频控制方法,不仅具有计算量小、易于工程应用的特点,而且还省去了频率设定值。为了精确保证特高压试验电源整流输入侧电压与电流同相位,最大程度消除UHV-FTRTPS对电网的影响,本论文提出基于可控PWM整流-H桥逆变的调频式谐振特高压试验电源结构。针对可控PWM整流电路,提出了电源电压辨识的PWM整流器控制策略。针对逆变器及特高压谐振电路,提出以特高压谐振电容电压有效值为外环,以逆变器输出滤波器电容瞬时电流为内环的调幅、调频控制策略,因内环被控量为正弦量,故采用一种多模递推PID控制算法,能很好地消除周期变化信号所产生的稳态误差。为了得到特高压试验电源输出信号最佳波形,在167-300Hz高频率段采用同步SPWM调制,使逆变器输出滤波器在具有较小体积的情况下,获得最佳载波比N；在30-167Hz低频率段,采用特定次谐波消除方法在线计算各开关角度,消弱低次谐波,利于输出滤波器滤除高次谐波；同时,还引入虚拟电阻到LCL输出滤波器中,增强其滤波性能。本论文所研究的几种不同结构UHV-FTRTPS都拥有一个共同部分—特高压无局放产生电路,包括：中间励磁升压变压器、高压谐振电抗器、高压补偿电抗器、高压测量谐振电容器和均压环。从工艺制作和现场需求出发,给出了特高压无局放产生电路各个部件的详细参数和制作过程,并保证了各个部件具有很小的局部放电量。同时对特高压无局放产生电路的各个部件进行了型式试验,试验结果表明各个部件设计合理、符合标准要求。针对特变电工衡阳变压器厂生产的特高压变压器的局部放电试验,本论文提出了相应的试验方案；还针对特高压交流试验示范工程荆门变电站的1100kV等级GIS装置的交流耐压试验,本论文也提出了相应的试验方案；使用本文研制的基于模拟放大器的大功率UHV-FTRTPS分别对特高压变压器和GIS进行了工程现场试验,工程试验结果表明该特高压试验电源装置能够很好地完成特高压电气设备试验需求；并总结了基于模拟放大器的UHV-FTRTPS在工程实际应用中的关键问题,给出了解决方法。