传统电力变压器在电力网络中起着电压等级变换和能量传输等枢纽作用。然而传统工频变压器属于无源元件,单纯依靠变压器的作用无法对电网电压或者负载变化作出主动的响应控制。在未来的智能电网中,相比工频电力变压器,有着电流电压灵活控制特性的固态变压器(Solid-State Transformer,SST)更能够适应电网的发展需求。本文提出了一种新型SST拓扑,它采用多脉整流技术实现一次侧电流谐波消除。因此,该拓扑被称为基于多脉整流技术的固态变压器(Multi-Pulse Rectifier based Solid State Transformer,MPR-SST)。本文全面深入地研究了 MPR-SST设计和实现的关键技术问题,主要研究内容与贡献包括:1、针对传统SST拓扑控制方法复杂和可控功率器件数量较多等问题,提出了基于多脉整流变压器技术的MPR-SST拓扑,该拓扑具有以下两点技术优势。第一,从电路硬件角度,新拓扑MPR-SST的输入级和二次侧整流部分均由二极管组成的。相比其它三级式串联输入和并联输出的SST拓扑,减少了变流器电路中一半数量的可控功率器件,以及驱动电路、传感器信号检测电路的规模。同时MPR-SST的一次侧直流母线无需使用高成本大容量电容组。因此与相同容量规格的SST拓扑相比,MPR-SST有效减少了硬件电路成本。第二,从控制算法的角度,MPR-SST简化了一次侧级联变流器的控制算法。MPR-SST依靠多脉移相变压器及其相关电路对一次侧电网电流谐波分量进行消除:另一方面,一次侧变流器依靠绕制于公共铁芯上的绕组对多个直流母线的电压实现自动均衡,并且MPR-SST一次侧直流母线无储能电容的特点提升了多母线均压的效果。相比其它SST电路,MPR-SST无需针对一次侧电网电流和多直流母线电压的控制专门设计控制环节。此外,一次侧直流母线无储能电容的特点便于在没有充电电阻和旁路开关的条件下实现柔性并网控制。2、在MPR-SST设计过程中,高频化设计的变压器绕组会对多脉整流电路消除谐波电流产生不利影响。为解决该问题,MPR-SST二次侧变流器采用并联逆变器(PCS)的设计方案改变了二次侧绕组的电流大小,使得二次侧绕组磁链的谐波分量之间实现相互抵消,保证了网侧谐波电流的消除效果。3、MPR-SST二次侧的并联逆变器系统中逆变器数量随着整流脉波数等比例上升。因此,本文提出一种基于CAN总线的分布式主从均流控制方法,基于该控制方法的PCS电路,其并联逆变器的数量不受控制器计算资源的限制。该均流控制方法中,采用CAN快速传输电流指令信号的瞬时值,提升了 PCS系统均流控制的可靠性。4、按照基于24脉整流电路的MPR-SST拓扑结构,设计和研制了 一套试验样机。样机一次侧的每一相电路由6组变流器单元组成,试验中自动保持各个直流母线的电压瞬时值相等,实现了在6 kV输入线电压条件下的稳定运行。样机依靠高频24脉整流电路实现了网侧电流谐波的有效消除,实际试验电流波形接近平滑的正弦波。本文对所提新型SST拓扑(MPR-SST),按照“一次侧变流器、高频变压器和二次侧变流”的颐序阐述了各部分的结构组成、连接方式和控制方法,论述了 MPR-SST拓扑区别于传统SST拓扑的工作原理和并网特性,并阐明了其在未来配电网中的应用价值。通过6 kV,/60kVA样机的相关试验结果验证了 MPR-SST的工作原理、并网特性和母线均压等方面的问题。