构建全球能源互联网,实现化石能源的电能替代和清洁替代,是未来能源发展的主要趋势。全球能源互联网的构建,必须解决不同频率电网之间的异步互联问题,目前可以采用的技术包括高压直流输电和可变频率变压器两种。为进一步推广可变频率变压器的应用,必须实现可变频率变压器在电网故障期间的不间断运行,即提高其电网故障穿越能力。目前的故障穿越运行研究只针对对称故障,关于不对称故障下的运行和控制尚未有研究。因此,本文将围绕可变频率变压器在电网电压不对称故障下的运行展开研究,提出新的拓扑结构和控制策略,提高可变频率变压器的电网故障穿越能力,为其进一步的推广应用奠定基础。首先,论述了构建能源互联网的现状和面临的难题,介绍了目前两种电网异步互联方式的原理和特点,并对美国通用电气公司提出的可变频率变压器的主要控制技术进行了详尽讨论。然后,介绍了可变频率变压器的基本结构和工作原理,利用对称分量法和电路叠加定理推导了双边电网电压不对称故障下可变频率变压器的完整数学模型,以此作为本文研究工作的理论基础;搭建了基于OPAL-RT OP5600和dSPACE DS1103的硬件在环实验平台,利用此平台评估了双边电网电压不对称故障对可变频率变压器系统的影响和验证了本文提出的可变频率变压器完整数学模型的正确性。接着,考虑到可变频率变压器是一个可控自由度小的系统,为了寻求电网故障穿越控制效果最优原则,本文在可变频率变压器的定子侧增加一个串联补偿变换器,以使定子电压和定子电流可控,提高可变频率变压器的电网故障穿越能力:提出一种考虑定子负序电压和定子负序电流的控制策略,在维持对无功功率独立控制的同时,消除双边电网电压不对称故障引起的转矩、有功功率和无功功率波动。通过硬件在环实验验证,结果表明这种考虑定子负序电压和定子负序电流的控制策略可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子转动频率和二倍定子频率波动分量,有效抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子频率波动分量,实现双边电网电压不对称故障下的电网故障穿越控制。最后,考虑到一个串联补偿变换器解决双边电网电压不对称故障的能力有限,决定在可变频率变压器的转子侧增加一个串联补偿变换器,以使转子电压也可控,进一步提高可变频率变压器的电网故障穿越能力:提出一种考虑定子负序电压和转子负序电压的控制策略,在维持对无功功率独立控制的同时,消除双边电网电压不对称故障引起的转矩、有功功率和无功功率波动。通过硬件在环实验验证,结果表明本文提出的基于双串联补偿变换器的可变频率变压器系统拓扑结构具有合理性,而且这种新型电网故障穿越控制策略不仅可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子转动频率和二倍定子频率波动分量,还可以完全抑制转矩、有功功率和无功功率的二倍转子频率波动分量,更好地实现双边电网电压不对称故障下的电网故障穿越控制。本文的研究工作得到国家自然科学基金项目“基于可变频率变压器的变速变频近海风电系统控制研究”的资助,提出的拓扑结构和控制策略均已通过硬件在环实验验证,为基于可变频率变压器的电网异步互联方式提供理论基础和经验。