“双碳”目标的提出将加速电力零碳化的进程。以高渗透率的可再生能源、高比例的电力电子设备、高速增长的直流负荷的“三高”为主要特征的新型电力系统正逐步形成。其中,以双向有源桥（bidirectional dual-active-bridge,DAB）隔离DC-DC变换器拓扑为核心的固态变压器、能量路由器等电力电子设备是新型电力系统的重要组成部分。电网对固态变压器的需求是高可靠性、高效率、高功率密度,但DAB中高频变压器的直流偏磁会严重影响其效率和可靠性。针对这一问题,本文做了以下工作:结合B-H曲线和励磁电流介绍了直流偏磁的定义。研究分析了产生直流偏磁的四个主要因素:驱动信号不一致;开关器件特性不一致;开关器件散热不均匀;PCB布局不对称。从DSP的PWM信号、驱动线路设计和驱动芯片选型等几个方面分析了驱动信号不一致的原因,并针对性地提出了改善的建议。分析并指出器件的导通电阻和阈值电压不一致是影响直流偏磁的主要因素。对器件数据表分析得出开关器件散热不均也是导致直流偏磁的潜在因数。建立简单模型分析了PCB布局不对称时直流偏磁的情况,给出了典型的对称PCB设计样式。提出了导致直流偏磁的因素—Si C MOSFET的阈值不稳定性。分析了其阈值不稳定性产生的原理,并设计实验平台进行了验证。详细介绍实验平台的原理、结构和电路。分析老化后器件的导通电阻和开关特性变化,通过实验结果定量分析了阈值不稳定性对器件本身的影响。建立简单模型分析导通电阻和占空比对直流偏磁的影响,结合阈值漂移的实验数据定量分析了阈值不稳定性造成的直流偏磁大小。计算了实验平台变压器的直流偏磁容许量,和阈值漂移产生的直流偏磁量对比得出了阈值漂移对直流偏磁影响很大的结论。分析了直流偏磁发生后DAB的电压电流波形,得出了直流偏磁会影响DAB的可靠性这个结论。通过实验,从变压器损耗、开关损耗、回流功率和导通损耗四个方面分析了直流偏磁对整个DAB损耗的影响。证明了直流偏磁使变压器饱和后会严重地降低DAB效率,得出了直流偏磁必须消除的结论。基于磁通门原理设计了一个可以在高频交流大电流中测量微小直流电流的传感器。介绍了磁通门电流传感器的原理,分析验证了其无法在高频下使用的局限性,提出引入电流互感器原理破除该局限性。建立模型分析了提出方法和高频电流对磁通门的影响,根据模型分析得出的结论重新设计了磁通门传感器。以DAB实验平台为传感器设计目标介绍了传感器设计流程,分析了传感器设计时的具体注意事项。最终通过校正检验后用于DAB实验平台的直流偏磁消除。实验结果表明,与普通的电流传感器相比,这个传感器可以在大的高频交流电流中测量微小直流电流,利用这个传感器做反馈控制可以几乎完全消除直流偏磁。基于交流磁场相消原理设计了一个可以在高频交流电流中测量微小直流电流的传感器。介绍了交流磁场相消的基本原理,指出磁场相消实现的挑战是相位偏差。分析了相位偏差产生的三个原因:电流互感器性能不够、运放性能不够和运放驱动感性负载。建立电流互感器高频和低频模型,根据模型导出相频特性分析得出了电流互感器设计规则。介绍了运放选取的基本规则和无相位差驱动感性负载的电路及其原理,并通过实验验证提出方法的有效性。介绍了传感器的EMI抑制电路和低通滤波电路设计。传感器经过校正后用于DAB实验平台直流偏磁消除。和普通的电流传感器相比,利用这个传感器做反馈控制可以将直流偏磁降低到几毫安的水平。从成本、设计复杂性和体积三个方面对比了提出的两种传感器的优缺点,为方法的选择提供了依据。