双向DC-AC变换器是交流电网与蓄电池等储能装置连接的关键设备,广泛用于电动汽车、智能电网、储能等系统中。蓄电池等储能设备电压随荷电状态宽范围变化,如何在直流侧电压宽范围调节的同时实现高效率双向交直流电能变换,是双向DC-AC变换器需要研究解决的关键问题之一。本文首先分析了传统两级式双向DC-AC变换结构,指出其由于直流侧电压调节需要完全由双向DC-DC电路承担而造成系统优化设计困难、系统效率低等问题;针对该问题,本文设计了一种基于三端口双向DC-AC变换器的双直流母线变换系统架构,通过双母线架构提供优化的功率传输通路、提升双向DC-AC变换系统效率。文中针对非隔离变换和隔离变换两种应用,分别给出了双直流母线架构的具体实现方式。其次,文中以基于三端口双向DC-AC变换器和双向Buck/Boost变换器的非隔离型双向交直流变换结构为例,详细分析了变换器电路拓扑结构、工作原理及其功率传输特性,据此设计了PWM调制策略与功率控制策略,并进行了充分的实验验证。理论分析和实验结果表明,所研究的双直流母线非隔离变换结构能够有效减小系统功率变换级数,降低系统中DC-DC变换器的功率损耗以及器件应力,提升了变换系统整体效率。再次,文中对基于三端口双向DC-AC变换器和三端口双向直流变压器的隔离型架构进行了深入研究,通过三端口双向DC-AC变换器对两个直流母线电压的直接调控实现了直流侧电压和功率调节,因此三端口双向直流变压器得以开环运行于最佳效率点。文中详细分析了该隔离型双母线架构下三端口双向DC-AC变换器的工作原理和功率传输特性,设计了适用于该架构的调制控制策略,确保了变换器各在工作模式的稳定运行和不同模式间的平滑切换,并通过实验验证了理论分析的正确性和有效性,实验结果表明了所研究的方案相比于传统方案能够实现更高的效率。