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作为轨道交通领域牵引传动关键设备，牵引变压器的稳定、高效对高铁机车发展至关重要。电力电子牵引变压器(Power Electric Traction Transformer,PETT)相较传统牵引变压器，其功率密度得到显著提升，应用前景广阔。单相级联H桥整流器(Cascade H-Bridge Rectifier,CHBR)作为多级式PETT重要组成部分，其存在二次电压脉动，易产生电压不均衡问题严重危害设备运行安全，因此论文围绕单相CHBR直流侧电压二次脉动抑制和级联模块间电压均衡控制方法展开研究论述。
首先，分析CHBR运行机理，建立状态平均空间模型，并引入小信号扰动建立了其小信号动态模型，为控制系统设计提供基础。同时模型表明了CHBR参数耦合程度高，非线性强，CHBR系统控制器设计困难。
其次，针对CHBR存在二次电压脉动，滤波器体积大导致系统功率密度低问题，引入有源功率解耦(Active Power Decoupling，APD)技术主动将脉动功率转移缓存，实现降低直流侧电压脉动目标。分析加入APD的CHBR工作原理，提出了直流电压纹波电压前馈的脉动抑制策略，提取纹波电压中的脉动电流信息加以补偿，从而降低了电流断续模式下APD对系统参数的依赖性;并通过解耦电容平均电压反馈控制其电压稳定，增强了APD模块的可控性和稳定性。APD在CHBR系统中的引入有效降低了系统直流滤波电容需求。
再次，针对CHBR动态响应特性差问题，设计基于反馈线性化的比例谐振网侧电流控制器，采用线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbances Rejection Controller,LADRC)控制直流侧输出平均电压，通过数学变换和扰动补偿将非线性系统等效为线性系统，设计控制器提高系统动态响应性能。针对模块间电压不均衡问题，提出了静止坐标系下基于动态参考电压给定方法的均衡控制策略，通过实时计算模块间功率偏差并快速给以精确补偿，实现模块电压均衡，以提高系统动态响应性能与抗扰动能力。另外，基于直接功率控制的并联双有源桥变换器(Dual Active Bridge，DAB)均流策略，与CHBR控制策略、APD控制策略共同构成了PETT的高效整体控制方案。
最后，完成了基于NI PXIe-7846实时控制器和宽禁带半导体SiC MOSFET的三模块CHBR试验样机研制，并通过实验验证本文所提整流器直流侧二次电压脉动抑制控制策略、CHBR模块间电压均衡控制策略的有效性。
首先，分析CHBR运行机理，建立状态平均空间模型，并引入小信号扰动建立了其小信号动态模型，为控制系统设计提供基础。同时模型表明了CHBR参数耦合程度高，非线性强，CHBR系统控制器设计困难。
其次，针对CHBR存在二次电压脉动，滤波器体积大导致系统功率密度低问题，引入有源功率解耦(Active Power Decoupling，APD)技术主动将脉动功率转移缓存，实现降低直流侧电压脉动目标。分析加入APD的CHBR工作原理，提出了直流电压纹波电压前馈的脉动抑制策略，提取纹波电压中的脉动电流信息加以补偿，从而降低了电流断续模式下APD对系统参数的依赖性;并通过解耦电容平均电压反馈控制其电压稳定，增强了APD模块的可控性和稳定性。APD在CHBR系统中的引入有效降低了系统直流滤波电容需求。
再次，针对CHBR动态响应特性差问题，设计基于反馈线性化的比例谐振网侧电流控制器，采用线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbances Rejection Controller,LADRC)控制直流侧输出平均电压，通过数学变换和扰动补偿将非线性系统等效为线性系统，设计控制器提高系统动态响应性能。针对模块间电压不均衡问题，提出了静止坐标系下基于动态参考电压给定方法的均衡控制策略，通过实时计算模块间功率偏差并快速给以精确补偿，实现模块电压均衡，以提高系统动态响应性能与抗扰动能力。另外，基于直接功率控制的并联双有源桥变换器(Dual Active Bridge，DAB)均流策略，与CHBR控制策略、APD控制策略共同构成了PETT的高效整体控制方案。
最后，完成了基于NI PXIe-7846实时控制器和宽禁带半导体SiC MOSFET的三模块CHBR试验样机研制，并通过实验验证本文所提整流器直流侧二次电压脉动抑制控制策略、CHBR模块间电压均衡控制策略的有效性。