随着舰船综合电力系统涵盖范畴不断扩展,舰船电网的容量需求进一步增加,电网的电能质量要求进一步提高。舰船电网具有典型的微电网特征,其发电机组容量较小,非线性负荷较多,运行工况复杂;同时,舰船电网还有一个特点,舰船上大功率负荷的功率调节会对舰船电网形成大的扰动。在舰船的众多负荷中,除各种电力拖动系统外还有通信、导航和武备等系统,对供电质量有较高要求。在本文课题研究中,需要舰船设备结构紧凑,比容量与比功率大,依据单桥臂双输出的思路,提出三相双输出功率变换器(包括三相双输出三桥臂变换器和三相双输出四桥臂变换器)作为统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner,UPQC)的主电路,对舰船电网的电压与电流质量问题进行综合治理。本文旨在通过研究工作,提升舰船电网电能质量治理设备的技术水平和性能指标。应用于UPQC系统中的三相双输出变换器有较多运行机理和工程实现的关键技术问题需要研究。主要涉及到对这种功率拓扑中开关器件的调制算法和实现高性能电能质量治理的控制方法等,同时也要考虑系统运行的效率和可靠性等问题。针对不同的工程指标,本文分别提出适应于三相双输出功率拓扑控制的低谐波混合SPWM调制算法与低功率损耗SVPWM调制算法。其中,低谐波混合SPWM调制算法突破了运行模式对三相双输出变换器的限制,能够在较高直流电压利用率的基础上自由控制输出电压的频率;低功率损耗SVPWM调制算法避免了冗长零矢量表的使用,简化了控制算法。在此基础上,本文通过比较所提出的几种调制算法的特性,指出了各自适用范围,并通过仿真实验初步验证了所提出调制算法的正确性。本文基于双重傅里叶积分法提出一种适用于三相双输出变换器的输出电压谐波分析方法。并应用该方法推导出反映各次谐波的解析表达式,据此对调制比、相角差等参数对输出电压谐波含量的影响进行了深入研究,为三相双输出变换器调制算法的确定提供了一种新的研究方法。此外,针对三相双输出变换器的设计问题,本文对变换器直流支撑电压、最大调制比及功率器件电流耐量等关键参数与输出电压、电流间的关系进行了原理分析。在此基础上,结合三相双输出变换器UPQC系统的稳态向量模型,本文分析了变换器关键参数在不同电网运行状态下的变化规律,为三相双输出变换器UPQC系统的设计奠定了基础。针对应用于舰船电网中三相双输出变换器UPQC的控制问题,本文首先建立系统在两相静止坐标系的数学模型,并采用比例准谐振-重复控制并联复合算法作为UPQC系统电压补偿单元与电流补偿单元的控制算法。针对舰船电网频率波动范围较大的问题,提出采用锁相环在线调整谐振频率、采样次数等控制器关键参数的方法以避免电网频率变化对控制性能的影响。此外,论文通过所建立的舰船电网仿真模型,初步验证了所提控制算法的正确性。为验证三相双输出变换器UPQC系统进行舰船电网电能质量综合治理的方案的正确性与有效性,本文建立了小功率物理模拟实验平台。通过对论文所提出各调制算法与控制算法在小功率平台中的实验验证,验证了论文所提出三相双输出变换器UPQC技术方案的可行性。