目前,电容式电压互感器（Capacitor Voltage Transformer,CVT）主要用于为电力系统的计量、保护和控制装置提供可靠的低压信号,且工频条件下具有较高的准确度。然而,由于CVT内部储能元件和非线性元件的存在,CVT的暂态响应误差大,难以满足电网高幅值、宽频域暂态电压的测量需求。因此,需建立准确的CVT电磁暂态物理模型以实现CVT在复杂暂态下的频率响应模拟,为电力系统电能计量和继电保护等相关研究提供可靠数据源,为基于CVT低压侧输出逆向计算电力系统原始信号提供基础模型。CVT的正常工作依赖于电容分压器和补偿电抗器的谐振,一旦频率改变或铁芯饱和,CVT将表现出频率特性和铁芯非线性等复杂电磁特性,然而现有具备宽频表征能力的CVT模型多为线性模型,难以兼顾中间变压器铁芯组件对其电压传输特性的影响,导致模型在特定频段或中间变压器铁芯饱和时的响应误差激增,无法完整、精准地模拟CVT在宽频带、宽幅值激励下的电磁暂态响应。因此,本文以构建能够同时表征频率特性和非线性的CVT宽频非线性模型为目标;从频率特性入手,将CVT端口散射参数在状态方程中进行离散化表征,进而通过诺顿等价建立CVT宽频导纳子模型,实现整体CVT的宽频电压传输特性的准确表征;针对非线性特性,从电磁对偶原理出发,结合中间变压器物理结构,推导可表征铁芯饱和差异性的中间变压器电磁对偶模型,进而建立计及中间变压器铁芯饱和过程及其差异性的CVT低频非线性子模型,并通过导纳互差和并联扩展方法将其与宽频导纳子模型耦合建立CVT宽频非线性模型;最后对典型35 k V电容式电压互感器进行参数辨识和模型构建,并设计低频涌流、电压传输特性测试和雷电冲击电压试验对模型的非线性和频率特性表征能力进行验证。论文的主要研究工作及重要成果如下:（1）提出表征频率特性的CVT宽频导纳子模型构建方法。将CVT等价为二端口网络,通过散射参数法计算得到CVT宽频导纳参数,采用矢量匹配法获取CVT宽频导纳参数的频域表达式,利用反向拉式变换推导得到宽频导纳参数的时域连续状态方程并对其进行离散化表征;最后,基于ATP-EMTP中的Type-94元件实现宽频导纳等效电路的构建,基于Π结构构建整体CVT宽频导纳子模型,实现CVT频率特性的精准表征。（2）构建计及铁芯饱和过程及其差异性的CVT宽频非线性模型。基于电磁对偶原理,构建以具备双励磁支路结构的中间变压器为核心的CVT低频非线性子模型,提出中间变压器深度饱和电感测量方法,实现对中间变压器铁芯不同位置深度饱和段的励磁特性及其差异性的精确辨识,进而实现CVT非线性特性的准确表征;最后通过导纳互差和并联扩展将CVT低频非线性子模型与宽频导纳子模型耦合建立CVT宽频非线性模型,实现复杂工况下CVT电磁暂态特性的精准表征。（3）构建并验证CVT宽频非线性模型的准确性和有效性。以典型35 k V电容式电压互感器为研究对象进行参数辨识,并在ATP-EMTP中构建CVT宽频非线性耦合模型;开展低频涌流、电压传输特性和雷电冲击电压试验进行模型验证,将CVT宽频非线性耦合模型与传统CVT模型进行对比研究,进一步验证所提出的CVT宽频非线性模型具有表征复杂电磁暂态的能力,证明了CVT宽频非线性耦合模型的非线性特性和频率特性的精准表征能力。研究结果表明:本文所提CVT宽频非线性模型具备准确模拟宽频带、宽幅值激励下CVT复杂电磁暂态响应的能力,可实现CVT频率特性和非线性特性的同时精准表征,为基于CVT的系统可靠运行与状态监测仿真等提供基础数据和模型支撑。