工频牵引变压器作为电力机车牵引传动系统中最为重要部件,其体积大、重量重、不可控等缺陷严重制约着未来电力机车的发展。因此,研发取代工频牵引变压器,对提高电力机车传动性能具有十分重要的意义。电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)又称为固态变压器(static Transformer,SST)是一种采用电力电子变换技术与中/高频变压器相结合的新型智能变压器,可以实现电压等级变换与能量传输。同时具有体积小、重量轻、电气隔离、功率密度大、可靠性高等优越性能。其应用于电力机车牵引传动系统中,故而又称为电力电子牵引变压器(Power Electronic Traction Transformer,PETT),PETT的提出对电力机车传动系统面向高速化、大功率以及提高列车舒适度、减轻整车重量提供了有利条件。电力电子牵引变压器由若干个功率变换器环节组成,单元之间采用串联或者并联结构,因此生成了较多的主电路可选方案。本文通过典型主电路拓扑方案分析,选定以输入串联输出并联形式的PETT作为研究对象,该结构分为三级(整流级、隔离级、逆变级)。本文从整流级级联H桥整流器、隔离级双有源全桥DC-DC变换器这两个重要环节的控制方法开展工作,针对整流级的电容电压平衡控制、隔离级的移相控制、功率均衡等几个关键特定问题进行了深入的研究。首先,以电力电子牵引变压器整流级级联H桥整流器拓扑结构建立数学模型,详细分析了其调制以及典型控制策略,总结调制算法不足之处。在瞬时功率理论分析的基础上,提出了一种新型的整流级级联H桥整流器控制策略,实现单位因数运行,改善电流畸变。同时在整流级注入虚拟转动惯量,使变换器获得虚拟同步机特性,进一步提高系统的动态性能。最后将所提的新型控制策略与传统双闭环控制策略进行对比仿真。其次,对造成整流级级联H桥直流电容电压不平衡现象进行了深入的分析。从电容能量的角度分析,提出了一种区别于传统脉冲补偿式直流电容电压平衡控制方法,不仅减少了用于平衡控制算法的控制器数量,而且可以快速的实现控制直流电容电压一致的目的。最后将所提控制策略与传统脉冲补偿式控制进行了对比仿真分析。接着,对电力电子牵引变压器隔离级双有源全桥DC-DC变换器进行研究,推导出双有源全桥DC-DC变换器工作模态,在移相控制的基础上,建立了变换器的传输功率模型。详细分析单移相控制与单侧双移相控制,提出一种优化回流功率的单侧双移相控制方案,减少回流功率现象,改善由传统移相控制所带来的损耗问题。最后将所提控制策略与传统移相控制进行了对比仿真分析。最后,分析了隔离级双有源全桥DC-DC变换器功率均衡原理,对传统功率均衡控制策略进行了分析,提出了一种只采集双有源全桥DC-DC变换器各级输出电流的均衡控制策略,减少复杂的坐标变换与数学运算。在MATLAB/Simulink中对PETT进行了整体仿真设计,验证本文对PETT理论分析的正确性。