电力系统是现代社会最重要的能源载体,它的发展呈现多种特征。一方面电力系统的规模和电压等级急剧增加,电力负载的类型越来越复杂。另一方面,电力系统作为经济复苏的驱动力之一,越来越智能化,将成为“智能电网”。电力变压器作为电力系统最基本的电力设备之一,它不足以应对现代电力系统的挑战。传统的工频变压器体积大,且缺少智能控制手段和直流变换接口。各国学者开始研究新型的变压器。电子电力变压器是基于大功率电力电子变流技术的智能变压器,不仅能完成传统电力变压器的功能,还具备高度的灵活可控性、多种交直流接口等其他功能,具备解决智能电网面临的诸多问题的潜力。本文研究了电子电力变压器的控制和应用两方面的关键问题。第一部分研究了三级式电子电力变压器的设计和控制问题。第2章研究了大功率中频变压器的设计问题。中频变压器的设计必须选取合适的磁芯和绕组结构,在满足绝缘电压、漏感和最大温升的限制的同时,使得变压器效率最高,体积最小和重量最轻。在变压器绕制的过程中,要选取合适的绕制方法和绕组排列,兼顾漏感和分布电容的平衡。同时给出了中频变压器的热模型和散热器设计方法。最后以一台1500V/385V/28kW中频变压器为例,给出了简要的设计流程和制造实例。第3章研究了大功率中频变压器的绕组损耗和磁芯损耗的计算。为了计算绕组损耗,提出了电路分离法理论,给出了绕组电流谐波计算表达式。在谐波电流基础上给出了考虑绕组的集肤效应和邻近效应的绕组损耗计算方法。为了计算磁芯损耗,提出了一种改进的磁芯损耗计算方法,在激磁电压和磁感应强度含有较大倍频分量时,能较准确的计算磁芯损耗。计算、仿真和实验结果表明,本文提出来的绕组损耗和磁芯损耗的计算方法能准确计算中频变压器非正弦激励时的损耗。第4章研究了电子电力变压器输入级的电网电压不平衡控制,分析了常规的不平衡控制策略在级联整流器中的局限性,提出了一种改进的不平衡控制策略来提高电子电力变压器的低电压穿越能力。仿真结果表明,通过注入合适的负序电流,改进的控制策略不仅能快速平衡三相的直流电压,还能抑制直流电压的纹波功率波动。第5章研究了电子电力变压器输出级采用阶梯波调制策略时的谐波优化问题。推导了输出线电压THD和权重THD的通用解析表达式,并采用粒子群智能算法求解线电压THD最小化问题,得到离线的最优开关角度。利用最优开关角度训练产生的人工神经网络来代替传统查找表。计算、仿真和实验结果表明：线电压THD和权重THD的通用解析表达式是正确的,易于使用。粒子群算法能有效的求解谐波优化问题,使得线电压THD最小。利用人工神经网络能够实时的产生最优开关角度和对输出电压进行闭环控制。第二部分研究了电子电力变压器的应用。第6章研究了单相电子电力变压器在轨道交通驱动应用,提出了一种最小无功电流注入法的控制算法,使得该新型驱动系统的输入级的单相级联整流器的负载在严重不平衡时,装置仍然能够稳定工作,同时给出了含有电机转矩控制的集成控制系统结构。仿真结果证明,该新型控制策略能扩大驱动系统的不平衡运行范围,整个集成控制系统的动态响应良好。第7章研究了电子电力变压器在直流微电网的应用。为了优化基于电子电力变压器的直流微电网的运行,对于直驱风力发电机组,利用反馈线性化技术,提出了一种简化的最大功率追踪控制算法,并和常规的功率信号反馈最大功率追踪算法进行对比,验证了其优越性。给出了新型直流微网各个单元的接口直流变换器的控制策略。在并网和孤网两种典型工况的仿真结果表明,基于电子电力变压器的直流电网具有良好的动态响应,能有效的进行能量管理。