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随着分布式电源与负荷接入直流配电网,替代传统变压器的大功率电力电子变换器也应运而生。近年来,这类变换器引用最多的术语之一就是固态变压器(Solid State Transformer,SST),是一种将电力电子变换技术和高频电能变换技术相结合的新型变压器技术。高频变压器是固态变压器的关键元件,通过对高频变压器的设计,固态变压器的主要要求,高功率密度、高效率、电压转换和隔离要求在很大程度上可以得到满足。本文基于双向有源桥(bidirectional dual-active-bridge,DAB)隔离DC-DC变换器拓扑,对纳米晶磁芯材料进行研究,提出了一种高频变压器的设计和优化方法,完成了纳米晶高频变压器的设计,并对整个DAB变换器的效率进行了评估。本文的主要工作如下:归纳了磁芯损耗的不同计算方法,并对非正弦激励下的基于Steinmetz方程的磁芯损耗模型进行了修正,通过搭建的ANSYS MAXWELL有限元仿真模型,验证了高频工况下磁芯损耗模型的准确性与适用性。提出了一种新的高频变压器的设计与优化方法;并按照这种设计方法,进行了自由参数扫描的优化过程,绘制了功率密度-效率的帕累托前沿曲线;最后,按照最优方案设计出了一台高效、高功率密度的纳米晶高频变压器,搭建了两台磁芯形状不同的纳米晶高频变压器,通过实验测试,验证了优化设计方法的有效性。对应用纳米晶高频变压器的DAB变换器整机进行了损耗分析。计算了带载情况下的DAB理论损耗,并搭建实验样机进行了测试,结果表明,变换器的效率是随负载功率的增大而先增大后减小的,并且在1.5kW时可达到97.2%的工作效率。然后考虑了频率变化的DAB变换器的综合优化问题。系统性研究了DAB变换器的直流偏磁现象。通过给高频变压器一次侧电流施加直流分量研究直流偏磁现象,分析了其对变压器损耗的影响。提出了一种新的检测方法来检测直流分量,并通过实验证明,DAB变换器确实存在直流偏磁现象,检测方法可以准确地检测到DAB变换器的直流偏磁。在检测到直流偏磁之后,设计了一个独立比例积分(PI)控制来消除直流偏磁,并通过实验消除了励磁电流中的直流分量,验证了该控制方法的有效性。