随着我国高速列车广泛投入运营,高速铁路车辆运能、能源消耗与环境保护间的矛盾,给运营企业带来巨大的经济压力,也给日益紧缺的能源和环境保护工作带来严峻挑战。电力电子牵引变压器(Power Electronic Traction Transformer,PETT)具有高功率密度、高效率、良好的控制性能和灵活性,符合我国铁路行业新一代高效能牵引部件的发展方向,具有重要的研究价值。本文主要着眼于PETT在电路拓扑、DC/DC中频环节参数设计、控制策略和辅助供电电源四个方面存在的问题,通过理论分析和实验验证相结合的研究方法,开展相应的拓扑及控制策略研究工作,具体内容如下:针对PETT的电路拓扑,提出一种基于电压自平衡谐振(Voltage Self-Balancing Resonant Converter,VSBR)变换器的PETT电路拓扑,对该电路拓扑的工作原理、参数设计和电路特性进行理论研究和对比分析。该电路拓扑具有开关管电压应力低、软开关特性优的特点,能够降低电路开关损耗,提升中频DC/DC变换器的开关频率和系统变换效率;同时,可以保证PETT的模块数量和中频变压器数量不随开关管的电压应力降低而增加,并简化系统的控制结构。将其与常用的PETT拓扑进行性能对比分析后发现,该拓扑能够实现开关频率、效率、变压器数量以及成本的综合优化。针对DC/DC中频环节的参数设计,提出了一种适用于LLC谐振变换器(LLC resonant converter,LLC RC)的增益模型建模方法,通过对传统基波近似建模法中的谐振因数和负载因数进行修正,形成LLC RC修正增益模型,提高了增益曲线精度;在修正增益模型的基础上,提出LLC RC参数设计方法以实现谐振参数的优化设计。研究了大功率工况下死区时间对LLC RC软开关特性的影响规律,从二极管续流、结电容放电和器件安全开关特性三个约束条件出发,定量推导满足软开关要求的死区区间,提出高压、大功率环境下LLC RC的死区时间优化设计方法。研究了单相PWM整流器输出侧功率二次脉动对LLC RC谐振电流的影响机理,推导出电压脉动幅值与谐振电流纹波间的量化关系,分析LLC RC输出电容、输出电阻和励磁电感等参数对谐振电流二次纹波的影响规律,进而为PETT的输出电容设计提供新的考量指标。针对PETT的控制策略,根据列车牵引和再生制动模式频繁切换的实际运行工况,提出一种适用于LLC RC的LLC-LC型能量双向控制策略,能够在不进行能量流向检测的情况下,实现DC/DC环节功率的正反向自由切换和输出母线电压稳定,同时确保变换器的软开关实现。在等效模型建模法的基础上,提出了一种适用于LLC RC的小信号简化建模方法,推导出输入、输出电压和开关频率间的小信号传递函数,进而提出了基于单级功率平衡控制策略的DC/DC环节稳定性分析方法,指导LLC RC的输出稳压控制器和输入均压控制器的设计。针对PETT的辅助供电电源,研究了PETT的起动策略、故障冗余策略以及制造维护便利性对集中式和分布式辅助供电方案的影响机理,综合评估两者的优劣并最终选择集中式辅助供电方案作为本文的主要研究对象。在集中式辅助供电方案的基础上,提出了一种基于Buck恒流源结构的集中式辅助供电电源拓扑,通过采用电流源控制模式和变压器单匝绕制方法,解决了集中式辅助供电方案的多模块均压问题。