随着电能质量治理和分布式发电等技术受到人们越来越多的关注,在对这些技术进行研究的过程中,能产生各类指定电压波形的大功率波形发生器是不可或缺的重要装置。波形发生器能产生特定的三相可调正弦波、各次谐波、方波、三角波、电压跌落、电压骤升等各类电能信号,并具有对新能源微网阻抗进行测量、组建电网模拟平台、提供船舶岸电供电电源等多领域应用功能。本文结合实验室的研究基础,针对传统波形发生器的不足,研制了一种大功率、低谐波、宽频带、高精度的模块化数控波形发生器装置,主要从如下几个方面对波形发生器进行了研究:(1)首先对波形发生器装置的应用领域、国内外研究现状和发展趋势进行了介绍。根据电路结构将波形发生器分为整流器、逆变器、滤波器三个部分分别进行分析。对比了不同拓扑结构的三相整流电路,针对不可控整流拓扑结构的传统波形发生器存在着功率因数低、网侧电流畸变率高、对电网冲击较大等缺点,本文设计了采用两级PWM变换器结构的大功率模块化波形发生器装置。然后对波形发生器主功率回路的拓扑结构、工作原理和电路特性进行研究,建立三相PWM整流电路和三相PWM逆变电路的数学模型,并对主电路中直流侧电容、输出滤波器等电路参数进行具体设计。(2)研究了波形发生器系统的控制策略。前级整流器采用电压外环PI控制电流内环无差拍双闭环控制方法,后级逆变器采用准比例谐振电压外环PI电流内环的双闭环控制。分析了波形发生器控制策略的具体原理,建立控制系统模型,推算控制系统的传递函数。然后深入研究其系统稳定性,通过波特图、根轨迹图设计系统的控制参数,并通过电路仿真验证了控制方法的合理性。(3)研制40kW模块化波形发生器装置样机,在实验平台上进行了调试与拷机实验。详细介绍了波形发生器装置的软硬件设计与实现过程。硬件电路的设计主要包括功率器件及驱动模块、电源与散热模块、信号采集模块、故障检测与保护模块、人机交互系统等。给出了软件主程序、各中断服务程序及液晶通信程序的详细流程图。介绍了各模块单元的结构、参数设计及元件选型,最后通过装置实验验证了本文控制方法的有效性和装置设计的正确性。