随着电力系统的发展,越来越多的先进技术和电力设备在电网中投入使用,其中用于电能转换和隔离的电力变压器是电网的核心设备之一。传统电力变压器过于单一的功能己不能满足电网对新能源柔性接入、电能质量治理等方面的需求。而电力电子技术的发展为传统电力设备的优化带来了可能性,基于传统变压器和电力电子设备的混合变压器得到了越来越多的关注。它不仅具备传统变压器电压转换、功率传输以及隔离的能力,还能调节输出电能质量,同时可以实现多源接入的功能,智能化程度高。因此,对混合变压器的研究具有重要的实际意义。本文以混合变压器为研究对象,基于混合变压器概念及其研究历史,对目前有关混合变压器的研究进行了梳理和总结,重点围绕混合变压器的拓扑、调制、控制策略,多绕组变压器设计,装置硬件设计等内容展开了研究。主要工作和创新成果如下:1)综合混合变压器的潜在应用场景,提出了一种多功能混合型电力电子变压器(Multifunctional Hybrid Power Electronic Transformer,MHPET)拓扑。对混合变压器的串并联侧变换器进行了优化设计,并联侧采用公交直流母线的三电平变流器,提升了补偿容量,串联侧采用三个全桥变流器,从而节省了串联变压器。另外在公共直流母线上增加了一个接口单元,用于连接分布式电网。所以提出的多功能混合型电力电子变压器同时具备了电压转换,功率传输,电能质量治理以及分布式能源接入的功能,具有更为广阔的应用场景。2)针对并联侧变换器之间的零序环流问题提出了一种基于修正因子的SVPWM调制策略,分析了该调制策略对于抑制三电平变流器并联零序环流的原理和抑制效果。通过对并联变换器的数学模型以及并联变换器之间的零序环流模型分析推导出了零序环流与零序占空比的关系,在此基础上提出在SVPWM中引入修正因子,从而使变换器之间零序占空比为0,实现抑制环流的目的。3)详细分析了补偿单元的整体控制策略。首先,建立了并联变换器的数学模型,横向对比了基于PI控制,正负序分离PI控制以及PR控制器的控制效果,提出了一种基于二自由度的电流环PR控制策略。其次,建立了串联变换器的开关函数数学模型,分析了串联变换器的输出电压可行控制策略,提出了一种基于全通滤波器和PR控制器的电压检测计算以及控制策略。4)为了实现多功能混合型电力电子变压器的并离网功能,对接口单元拓扑进行了分析和建模,提出了基于VSG外环和电压电流内环的接口单元控制策略。VSG外环可以实现指定有功无功输出以及对电网电压相角的跟踪控制,电压电流内环则控制接口单元输出电压并且增加了整体控制器的动态响应速度。5)在分析和研究了MHPET控制方法的基础上,对其样机设计方法进行了相关研究。文章给出了MHPET的样机设计方法,包括MHPET样机的结构设计、多绕组变压器设计、主电路设计、控制系统设计以及通讯系统和人机交互系统设计。最后通过样机应用以及相关实验验证了MHPET的整体功能。