固态变压器是将变压器技术和电力电子技术相结合而产生的一种智能化电力变压器，它通过电力电子变换器来实现电压变换和能量传递。固态变压器不仅能够实现传统变压器的功能，还可以实现对输入电流和输出电压的灵活控制以及功率因数的任意调节。此外，其提供的交直流接口，能可靠地将分布式发电系统接入电网。固态变压器的特点是兼容性强、功率密度高、智能化程度高。鉴于以上优点，将固态变压器用于配电网建设，既能提高系统可控性、改善电能质量，又能实现新能源的并网，加速智能电网的建设和发展。作为一种新型的电力设备，其理论和实际应用研究都还不够完善。因此，本文选取带有直流环节的固态变压器整流级和逆变级系统作为研究对象，就如何根据固态变压器的特点，使电网安全经济运行，满足用户对电能质量的要求，对整流级和逆变级的数学模型、控制策略、仿真和实验进行研究，主要的研究内容如下：在分析未来电网建设对电力变压器功能要求的基础上，分析了固态变压器的性能优点，阐述了其国内外研究现状和未来发展方向，根据现有方案的对比，选取了带直流环节的三级固态变压器拓扑结构，明确各级电路功能；根据电网和用户的要求，求取固态变压器的等效模型，为后续内容的深入研究提供了基础。对固态变压器整流级系统作了具体的设计研究。在明确固态变压器整流级系统拓扑结构的基础上，建立了不同坐标下的数学模型，制定了在固定开关频率下直流电压外环和网侧输入电流内环的双闭环控制策略。对电流环进行前馈解耦，简化了数学模型，设计了电压电流双闭环控制器。提出了负载电流前馈控制方案，以改善系统抗扰动性；简述了三相软件锁相环原理，并设计了控制参数。仿真和实验结果表明：整流级系统的网侧电流具有良好的正弦特性，相位与电网电压同步；输出侧电压稳定，且具有较强的抗扰动性。说明了系统设计方案的合理性和可行性。建立了固态变压器逆变系统的空间状态模型和小信号模型，获取其等效电路模型；制定了输出电容电压外环电感电流内环的双闭环控制策略；并通过电压外环和电流内环的解耦，简化了电路模型，并推导了控制变量到输出的传递函数，设计了控制器参数。对该固态变压器逆变级系统分别进行了开环和双闭环仿真和实验，结果表明，在双闭环控制下的逆变级系统，负载适应性强，输出电压稳定可靠，抗扰动性强。设计了以TMS320F28335为控制核心的硬件系统平台。控制电路主要包括信号检测调理电路、辅助电源电路、故障保护电路等。选取了主电路的参数，包括整流级输入侧电感、输出侧电容，逆变级输出滤波电路LC。系统调试结果证明，所设计电路合理，系统平台稳定。根据系统的控制要求，在CCS5.5开发环境，采用模块化的设计思想，编写了固态变压器整流级和逆变级的AD转换、数据处理、锁相环、系统保护、双闭环控制和SPWM波生成等各部分功能程序。调试结果表明，软件程序编写合理，功能正常，能够满足系统要求。