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为了应对能源危机和伴生的环境危机,有学者提出了能源互联网这一概念,旨在充分利用分布式能源发电系统,尤其是可再生能源发电系统,从而缓解对化石能源的依赖,实现全人类能源消费结构的转型。目前,世界主要国家已经陆续推出了能源互联网项目,其共同点在于效仿以路由器为核心的现代网络技术,能源互联网采用能源路由器为核心环节,因此,能源路由器的研究对未来电网的发展具有重要意义。能源路由器的主要功能包括电能传输功能、储能功能、智能通信功能,其核心功能为依托电力电子技术的电能传输功能。能源路由器实现电能转化的核心设备是固态变压器,又称电力电子变压器、电子电力变压器或者智能变压器。固态变压器融合了高频变压器与电力电子技术,具备电气隔离、电压变换、无功补偿等功能,对提高电网设备的智能化具有重要作用,因此固态变压器的研究对能源路由器的实现具备不可替代的作用。本文首先简单介绍了国内外以固态变压器为核心的能源路由器的拓扑结构,着重分析了国内外固态变压器的拓扑结构、原理与控制方法,然后从三级式固态变压器拓扑结构出发,重点分析了固态变压器整流环节、隔离环节、逆变环节的工作特性,分别给出了各环节主电路电气参数设计方法与控制系统参数设计方法。同时利用Matlab仿真工具,在Simulink环境下分别搭建了固态变压器整流级、隔离级、逆变级的主电路仿真模型与控制系统仿真模型。在固态变压器整流环节,本文采用了双闭环控制策略,在负载波动时,发电侧输入电压、电流可以较好的保持跟随,直流侧输出电压动态响应迅速。在固态变压器隔离环节,采用了简单移相控制策略。在固态变压器逆变环节,本文采用了基于SVPWM调制的双闭环控制模型。通过仿真分析与理论分析相比较,验证了固态变压器各环节主电路参数设计方法与控制策略参数设计方法的有效性和适用性。最后在理论分析与仿真分析的基础上,本文进行了电力电子固态变压器的硬件设计,主要包括控制系统数字芯片的选择,主电路开关器件的选型。以TI公司TMS320F28335芯片为处理器,以CCS6.0为编程环境,设计控制系统主程序和中断子程序代码。搭建了一台10 kW/380 V固态变压器,最后模拟能源路由器中的负荷扰动,在样机上进行多种工况下的简单实验,验证了固态变压器整流环节、隔离环节、逆变环节的功能,将实验结果、理论分析结果和仿真结果对比,检验了本文电力电子固态变压器参数设计与控制系统参数设计的可行性。