随着能源互联网和分布式发电等新兴技术的不断发展,高压大功率的智能电力电子设备的应用越来越广泛。电力电子变压器替代传统工频移相变压器已成为未来电网建设的新趋势,也获得了国内外工业界和学术界的广泛关注和研究。本文重点研究电力电子变压器的前端单相级联H桥整流器,主要从各桥直流侧电容电压平衡控制和负载不平衡限制范围等方面展开研究。首先,对单相级联H桥整流器的拓扑结构、工作原理进行了深入分析,对系统数学模型进行优化。利用前馈解耦控制方法对系统有功电流和无功电流进行独立控制,采用二维调制算法获得各桥占空比,动态调整各桥吸收的有功功率,最终实现系统单位功率因数运行。针对级联H桥自身非线性特性,对单相旋转坐标系下的传统前馈解耦控制进行改进,减小直流侧电压和占空比波动对系统性能的影响,提高系统抗干扰能力。其次,级联整流器各桥直流侧所连接负载的不平衡程度对系统稳定性具有重要影响。负载不平衡程度超出临界值时两桥直流侧电压将无法保持平衡,将造成网侧电流的谐波含量增加。针对该问题本文详细分析了两H桥交流侧输出电压波形,根据系统功率平衡原则研究系统稳定运行状态下的负载不平衡限制范围,同时给出了直流侧母线电压参考值选取范围。最后,搭建基于MATLAB/Simulink的仿真模型和基于RT-lab的半实物实时仿真实验平台,仿真和实验结果表明本文对级联H桥直流侧电容电压平衡控制策略和整流器负载不平衡限制范围等理论分析的正确性,对级联H桥整流器参数设计提供了重要依据。