电力电子变压器又称固态变压器,是一种新型的电力变压器,它将电力电子变换技术和传统工频变压器相结合,克服了传统工频变压器的缺点,具有效率高、功率因数可调及易于控制等优点,同时还具有改善电能质量、控制潮流和为分布式能源提供并网接口等特有功能,其应用前景广阔,具有很高的研究价值。本文以级联型电力电子变压器为研究对象,其拓扑结构包括整流级、隔离级和逆变级,属于三极式结构,该结构综合性能优秀,功能齐全,是电力电子变压器拓扑结构发展的主要趋势。本文研究的主要内容包括:(1)介绍了整流级的拓扑结构和工作原理,并对载波移相SPWM调制方式进行了傅里叶分析,分析结果表明载波移相SPWM调制可以消除谐波含量,改善输出波形的谐波特性。同时分析了隔离级双有源桥DC-DC变换器的拓扑结构及其在双移相控制下的工作状态。(2)建立了整流级的数学模型和小信号模型,针对级联H桥的直流电容在基于排序法的电容电压平衡控制策略下,功率器件频率较高、损耗过大的问题,本文提出了一种优化的电容电压平衡控制策略,该策略设置了一个电容电压值与电容电压均值之间允许的最大差值,只改变超过该差值器件的开关状态,而其余器件维持当前的开关状态不变。仿真结果表明该策略能够减少开关器件的投切次数,进而减少开关损耗,同时其输出电容电压的波动略有增大,但在允许的波动范围之内,对整体波形影响也较小。(3)建立了隔离级双有源桥DC-DC变换器的数学模型和小信号模型,分析了变换器在双移相控制下的功率特性。针对变换器在双移相控制下存在较大的回流功率,本文采用了一种最小回流功率控制算法,仿真结果表明该算法在减小回流功率的同时,还能够抑制二次纹波,减少损耗。为了验证整流级和隔离级控制的有效性,利用MATLAB/Simulink软件搭建了级联型电力电子变压器系统的仿真模型,分别对满载、输入电压不平衡、负载不平衡和输入电压含有谐波等情况进行了仿真,结果表明级联型电力电子变压器在不同工况下运行状态良好,且能够快速响应维持输出电压的稳定。(4)研究了基于级联型电力电子变压器的风电并网系统的模型和输出功率特性。对于系统的整流级和逆变级,分别采用了基于爬山搜索法的解耦控制和电压外环、电流内环的双闭环解耦控制。针对爬山搜索法存在的搜索步长难以确定的问题,提出了一种优化的爬山搜索法并进行了仿真验证,仿真结果表明优化的爬山搜索法响应速度快,可以迅速追踪到系统的最佳转速,同时减小了控制过程中的扰动,提高了系统的稳定性。