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随着全球能源紧缺以及环境污染问题的日益严重,能实现节能减排的新技术日益成为人们关注的焦点。而在相关的新能源技术领域,能够实现能量双向流动的变换器发挥了不可或缺的作用。本文针对两级式并网双向变换器,分别对前后级两个模块进行了设计与实现,进一步提高了整个系统的效率和功率密度。本文分析了两级式变换器的研究现状,分别对前级AC/DC双向变换器和后级DC/DC双向变换器进行了详细介绍,在对各种具体拓扑结构优缺点进行比较后,选定单相全桥AC/DC拓扑和半桥LLC谐振拓扑作为研究对象。本文设计的开关变换器主要应用于小电压大电流场合,因此后级采用两个对称LLC输入输出交错并联结构,以减少输出电流纹波。对单相全桥AC/DC和半桥LLC谐振这两个拓扑的工作特性进行具体分析,其中详细分析了正向LLC谐振变换器的工作状态,运用基波分析法得到LLC变换器的理想工作区域,为后边的主电路参数设计选型提供了理论依据。同时对正向运行过程建立了精确的损耗模型。对变压器副边同步整流设计了合理的数字驱动方案,进一步提升LLC谐振电路效率。本文设计的两级式双向变换拓扑采用的是分布式控制策略,二者在控制系统上完全解耦,保证变换器始终工作在单位功率因数状态下。根据设计指标要求,对主电路元件进行参数计算与设计;运用扩展描述函数法(EDF)对LLC谐振电路进行的小信号建模,并由此得出电压环被控对象的传递函数;设计补偿参数,分析系统稳定性和动态性能。搭建MATLAB仿真模型对单相全桥AC/DC和双向LLC谐振变换器进行仿真验证。搭建了一台1.8 k W的实验样机,对实验样机进行调试运行。实验结果表明,该实验样机可以实现正向整流充电,两种模式的功率换向控制以及放电并网等功能,同时也具备良好的动态响应速度和较高的并网效率。