蓄电池型电源系统因具有电压稳定、输出电流大、配置灵活等优点,在平顶磁场电源、不间断电源、新能源等领域得到广泛应用。蓄电池充放电双向变流器作为蓄电池型电源应用的核心单元,在蓄电池化成、核对性检测、维护等蓄电池充放电过程中起着关键作用,其性能对蓄电池充电性能、能源利用率、网侧电力质量和蓄电池型电源的可靠性有重要影响。随着蓄电池型电源容量规模的不断扩大,对大容量、多功能、模块化可扩展、数字智能化、高效率的双向变流器的研究具有重要现实意义。本文针对国内外蓄电池充放电装置存在的高耗能、容量小、数字化程度低、难以灵活应用等问题,以一种高变压比、高功率因数的蓄电池充放电级联变流器为研究对象,对级联系统的多模式协调控制进行了研究,提出了以ARM+DSP+FPGA为核心、由上位机+中位机+下位机构成的三级数字控制方案,研制了具有节能高效、可接入多组蓄电池、各组蓄电池灵活配置及各模块独立控制等特点的充放电装置,提高了装置的稳定性、数字化和智能化程度,为充放电装置的大规模应用奠定了基础。本文首先对两级式双向级联变流器不同模态下的工作原理进行了分析,建立了各模态下的小信号动态模型,设计了基于前馈解耦的网侧电流双闭环控制器和多模态下DC/DC变流器双闭环充放电控制器、级联系统母线电压主从控制策略,并给出了多模式下各补偿控制器的设计方法和基于多处理器架构的数字化实现方法。在本课题的实现方面,根据两级式拓扑及其技术指标,文章给出了功率模块等主电路参数分析过程,按照控制系统设计要求,对多级控制器间数据流控制、采样、驱动输出等控制系统硬件电路进行了设计,在此基础上编写了各处理器软件程序。最后,搭建了蓄电池充放电变流器的Simulink仿真模型和实验平台,对不同工作模式下的稳态特性与动态性能进行了仿真和实验验证。实验结果表明,变流器网侧电流正弦性好,功率因数较高,母线电压稳定,能够实现能量双向流动和蓄电池多种充放电功能;验证了多处理器、多级控制结构的可行性和控制器参数设计的合理性。