随着高电压等级新能源发电系统及储能系统的广泛应用,高效率、高功率密度及强动态性能的多电平DC/DC变换器得到了广泛的关注。本文以飞跨电容型五电平Buck/Boost变换器的高性能、高可靠运行为研究对象,针对变换器的运行特性、启动过程、电容电压平衡方法、控制策略等方面开展了深入研究。本文首先分析了飞跨电容型五电平Buck/Boost变换器的工作原理,对其16种工作模态下的电流路径进行了详细分析,并基于移相载波PWM方式实现变换器的控制,针对变换器的启动问题,分别对高压侧启动和低压侧启动两种工况提出了对应控制方法,推导得出了输入电压与输出电压的关系,以及电感电流纹波、电容电压纹波、开关管电压、电流应力的表达式,为后续控制模型的构建以及器件参数的选取提供了依据。第二,为了维持飞跨电容电压和中点电压的稳定,本文分析了电容电压变化的原理及变占空比控制方法在轻载时无法稳定控制的机理,提出了改进的移相控制方法,实现了轻载下的稳定控制,并计算得到电容电压波动的数学模型。研究结果表明,在移相控制方式下,电容电压平衡系统的响应速度及稳定性不受电感电流的影响,从而大幅提高了负载宽范围变化时变换器运行的可靠性。第三,本文将输出电流作为扰动量,利用状态空间方程建立了变换器的数学模型,设计了电感电流内环、输出电压外环的双闭环控制系统,通过零极点配置方法设计控制器参数,实现了对输出电压的快速、准确控制。在此基础上,设计了输出电流前馈控制环节,进一步提升了负载突变时变换器的动态性能。最后,本文对五电平Buck/Boost变换器进行了损耗分析,并与两电平和三电平变换器的损耗进行了对比,结果表明,五电平Buck/Boost变换器能够显著降低开关管的开关损耗,并提高了变换器的功率密度;本文搭建了1.57 kW的实验样机对变换器的效率、启动过程、电容电压平衡方法、控制策略等方面进行了验证。本文所研究的控制方法能够使五电平Buck/Boost变换器实现高性能、更可靠地运行,研究结果将为高效率、高功率密度、动态响应能力更强的变换器的设计提供系统的理论依据,对高电压等级的新能源发电系统及储能系统的工程应用有着非常重要的意义。