过压、过流、过热等现象导致电力电子变换器在短时间尺度上失效已成为影响其可靠运行的关键问题,然而现有基于单一尺度的建模和计算方法,无法准确地描述短时间尺度的失效过程,制约着电力电子变换器的特性分析研究。因此,考虑多个尺度的电力电子系统联合建模与特性分析成为近年来的热门话题。本文为解决电力电子变换器短时间尺度上精确建模与特性分析的问题,在国家重点研发项目的支持下,开展了以下研究工作:1、针对现有电力电子变换器模型均为单一尺度模型或简单组合多个尺度模型,难以准确描述其特性的难题,在研究电路宏观尺度模型和开关器件微观尺度模型耦合关系的基础上,建立了考虑宏观和微观尺度的电力电子变换器联合尺度模型;2、为解决电力电子变换器联合尺度模型中宏观尺度模型和微观尺度模型仿真计算步长相互矛盾的问题,基于小波变换的多尺度分析方法,提出了联合尺度模型的小波分解与重构的算法。该算法表明,当计算步长小于等于1/4开关器件关断时间时,通过小波分解与重构,计算结果可以准确地描述了电力电子变换器运行性能;3、建立Buck变换器的联合尺度模型,采用小波分解与重构的算法,对Buck变换器的短时间尺度特性进行分析。仿真表明,与现有建模和仿真方法相比,有效提高了计算精度和效率,且实验验证了仿真结果;4、建立DAB电力电子变压器的联合尺度模型,采用小波分解与重构的算法,对DAB电力电子变压器的短时间尺度特性进行分析,并在此基础上进行了多物理场分析,得到了DAB电力电子变压器中开关器件安全域评估结果。研究表明,仿真有效提高了计算精度和效率,与实验完全吻合;5、建立MMC的联合尺度模型,采用小波分解与重构的算法,对MMC的短时间尺度特性进行分析,验证了联合尺度建模及仿真方法在MMC中的实用性,为进一步开展大容量电力电子变换器短时间尺度分析奠定了基础;6、在以上研究基础上,系统开发了电力电子变换器短时间尺度多场耦合通用仿真计算软件,该软件具备分析评估电力电子变换器的电气特性、物理场特性、安全性的功能,可以推广应用。