随着新能源发电技术的不断发展,宽范围输入的直流升降压变换器在工业中应用越来越广泛。多电平技术适用于交直流变换器,可以有效降低开关管电压应力、减小电感电流纹波、增大变换器功率密度。将双管Buck-Boost变换器输入侧改造成三电平结构,构成飞跨电容型三电平Buck-Boost变换器拓扑结构,可以减小在高输入电压工况下输入侧开关管承受的电压应力。模型预测控制方法是一种新颖的控制方法,具有建模简单、可实现多目标优化、可处理含约束问题等优点,能够解决飞跨电容型三电平Buck-Boost变换器因存在多开关状态、多控制状态量、多工作模式而导致控制复杂的问题。首先,本文从飞跨电容型三电平Buck-Boost变换器的结构特点出发,提出了准Boost工作模式,实现了在升压阶段对飞跨电容电压的有效控制。分析了变换器在三电平Buck模式、准Boost模式的工作模态,给出了PWM调制方式对开关状态、电感电流的影响规律。改进得到了一种用于飞跨电容初始建压的单辅助管有源预充电电路,设计了使输出电压缓慢建立的两阶段软启动策略。其次,为了实现对飞跨电容电压、电感电流、输出电压的控制及不同工作模式间的平滑切换,提出了基于连续集的多目标复合模型预测控制方法。使用状态方程建立了各个模式的电感电流及飞跨电容电压预测模型,构造了包含控制目标项及惩罚项的代价函数,求解出了不同模式的离线最优控制律。结合飞跨电容实时均压运行策略,对多目标复合模型预测控制方法进行了仿真验证。此外,为了提高变换器在升压阶段的工作效率,在现有工作模式基础上引入传统Boost工作模式,提出了飞跨电容分时均压运行策略。重点分析了该运行策略涉及的几个关键问题,包括飞跨电容电压失衡分析、飞跨电容电压与输出电压的动态均压解耦控制、Boost模式飞跨电容电压变化规律等,并对飞跨电容分时均压运行策略进行了仿真验证。最后,为了验证上述理论分析的正确性,搭建了飞跨电容型三电平BuckBoost变换器实验平台,并在实验样机上完成了变换器基本状态实验、多目标复合模型预测控制实验、飞跨电容实时及分时均压运行策略实验。实验结果验证了所提控制策略应用于飞跨电容型三电平Buck-Boost变换器的可行性。