随着铁路事业的飞速发展,我国的电力机车研究工作日新月异。从最初韶山型电力机车到和谐号电力机车,再到复兴号高速动车组列车。然而现阶段电力机车采用的传统工频变压器存在体积庞大、装置笨重且效率偏低等问题。因此,关于高效变流装置的研究迫在眉睫。本文以国家重点研发计划为依托,开展了高压大功率电力电子变压器中双向LLC谐振变换器关键技术研究,为下一代轨道交通电力传动的发展奠定基础。本文基于已有的电力电子变压器进行相关研究,以全桥三电平双向LLC谐振变换器作为研究对象,着重分析了变换器的工作原理和换流路径。采用基波近似等效法(First Harmonic Approximations,FHA)分析其电路特性、增益特性、阻抗特性,并推导了软开关工程化实现条件。其次,在工作原理和特性分析的基础上,对LLC谐振变换器主电路进行参数设计,包括谐振参数设计,变压器设计,以及开关管的选型。然后在Matlab/Simulink搭建仿真模型,分析了谐振变换器在传统单边控制方式下,工作于正向牵引、反向制动、牵引制动切换工况的三种工作模式,实现了谐振变换器的多模工况运行。理论分析和仿真结果发现:LLC谐振变换器处于反向运行时,次边开关管关断电流显著偏大,直接导致开关损耗高;针对NPC三电平拓扑,反向运行时存在内外管电压不均衡现象;由于正反向增益特性存在差异,导致牵引和制动工况相互切换时出现输出电压大幅波动。针对以上问题,本文应用了双边同步控制方法并推导了此控制方式下正反向增益。通过仿真对比发现:双边同步控制实现了反向运行状态下次边开关管零电流关断,明显减小开关损耗。但在正向牵引工况不宜采用双边同步控制,此时开关损耗增大,因此本文提出两种控制方式的切换逻辑,在大功率牵引状态采用单边控制,小功率牵引和反向制动工况采用双边同步控制。最后,本文通过实验平台对设计的主电路参数和所应用的谐振变换器双边同步控制策略进行验证。对比两种控制方式的实验结果,可以明显发现双边同步控制的优势,该控制方式实现了反向运行NPC全桥内外管均压,显著降低了制动工况下次边开关管关断电流,使得开关损耗减小,提高了电路制动工况时的效率,在牵引和制动工况切换时实现了平滑切换,减小了输出电压的波动范围。输出电压稳定性和工况切换平滑性得到完整有效的验证。