近年来,级联H桥整流器由于拓扑高度模块化,可扩展,容易实现冗余设计和模块化设计,在高压大功率领域受到了广泛的关注。输出电压平衡控制是级联H桥整流器主要的研究问题,目前其输出电压平衡控制策略主要可以分为电压排序平衡策略、载波调制平衡策略、脉冲补偿平衡策略等三类,其中脉冲补偿平衡策略由于原理直观、控制简单、易于扩展,被广泛使用。但是目前对脉冲补偿平衡策略的研究主要是在控制算法上进行改进,对级联H桥整流器在负载大范围切换时的动态特性研究较少。事实上,当级联H桥整流器负载大范围切换时,输出电压会瞬间发生跳变,进而导致各级之间出现较大的不平衡电压,且存在较长的调整时间,严重时将影响系统的安全稳定运行,因此本文的重点是对级联H桥整流器负载大范围切换时的动态特性进行改善。首先,对构成级联H桥整流器的单相PWM整流器在两种调制下的工作状态进行了分析,对多载波SPWM调制策略进行了介绍,给出了级联H桥整流器的数学模型。在此基础上,分析了级联H桥整流器输出电压平衡的影响因素。其次,为了分析传统比例式脉冲补偿电压平衡策略在负载大范围切换时的动态特性,首先给出了整体双闭环控制框图,分析了电压外环和电流内环控制器的特性,并利用仿真模型和实验平台对整体双闭环控制策略进行了验证。在此基础上,对传统比例式脉冲补偿电压平衡策略进行了建模,给出了电压平衡控制器的设计公式,仿真和实验结果证明了该电压平衡策略的正确性和有效性,但是当任意一级负载大范围切换时,动态特性较差,各级之间存在较大的不平衡电压且调整时间较长。最后,针对传统比例式脉冲补偿电压平衡策略在负载大范围切换时动态特性较差的问题,提出了三种改进的电压平衡策略。第一种为基于输出电压平方反馈的电压平衡策略,该策略将输出电压的平方作为反馈量,等效引入了可变比例环节,间接实现了对输出电压的快速跟踪。第二种为基于纹波电压前馈的电压平衡策略,该策略利用输出电流与纹波电压之间的关系,将纹波电压前馈,抵消了输出电流对电压平衡环节的扰动。第三种为基于模糊自适应PI控制的电压平衡策略,该策略将模糊控制技术引入了电压平衡环节,利用实时动态调节的比例系数和积分系数提高了PI控制器的自适应能力。仿真和实验结果证明了三种改进电压平衡策略均能有效地提高级联H桥整流器负载大范围切换时的动态特性,通过对比分析可以看出,基于输出电压平方反馈的电压平衡策略实现难度最小且系统动态特性最优。