在全球经济快速发展的大形势下,电力工业作为保障民生、维系国家安全和人民幸福生活的基础产业,正面临着能源枯竭和大气污染等前所未有的难题,新时期的电力资源应该瞄准有清洁性的可再生能源。而我国国情是大部分可加利用的可再生新能源的能源中心距离负荷中心非常远,因此,加快发展特高压电网、加快调整能源结构、实施跨区域送电项目是我国电网发展的既定战略。特高压电网的建设离不开特高压电气设备,为保障电网、设备及人员的安全这些设备在投入电网系统运行之前必须经过各种特高压交流试验。依据我国国情,由于前期特高压输电工程的相关研究缺乏高电压等级的交流耐压试验电源,许多与特高压输电有关的技术研究以及特高压设备的耐压试验不得不在国外进行。由此,本文针对传统特高压交流耐压试验电源结构的不足,重点研究基于电力电子系统的级联式特高压交流调频谐振试验电源机理、拓扑结构和控制方法。首先,针对传统调频式谐振特高压试验电源因拓扑结构存在单级变流器致使输出电压总畸变率过大、试验电源输入电压等级低(380/220V)而容易导致电网电压支撑能力不足,滤波装置体积大成本高以及中间变压器所需变比太大等一系列缺陷,本文提出了一种级联多电平的调频式谐振特高压试验电源拓扑结构,简称级联式特高压耐压试验电源。此优化拓扑将载波移相调制的背靠背级联多电平变流器替换传统的单级AC/AC变流器构成大功率调频调压信号源,且将输入电压等级抬高到10kV。将级联式特高压耐压试验电源的拓扑结构从信号转换角度划分为整流部分和逆变部分,并依次详细地阐明了其工作机理和数学模型。整流部分的级联多电平变流器采用开关函数描述法建立其数学模型,逆变部分则分成了级联H桥、LC滤波器和串联谐振三个环节,用传递函数方法建立其数学模型。其次,对基于级联多电平的调频式谐振特高压试验电源的拓扑结构的控制策略进行了研究。以级联多电平整流器为主的整流部分,采用了电流内环电压外环的经典双闭环控制策略,并在此基础上增加基于有功电压矢量叠加的直流侧电压平衡控制策略以及电网电压的前馈环节;由级联多电平逆变器、LC滤波器、升压变压器、串联谐振电路组成的逆变部分,为了实现电压的准确到位地调节,采用了电压有效值和瞬时值以及谐振电阻电流反馈的多环控制策略。最后,基于前述的拓扑结构和控制方法,对级联式特高压耐压试验电源的逆变部分进行稳定性分析;以级联五电平变流器为例,在PSIM(Power Simulation,电力电子仿真)平台上对级联式特高压耐压试验电源进行系统仿真,仿真结果验证了该方法成功降低了大功率调频调压信号源的输出电压总畸变率,并减少了中间励磁升压变压器的变比,因此,滤波装置得以简化、所需变压器的体积和重量大为减小,整体装置的成本大大降低,提升了系统的整体效率。