一对基于开关电容原理的多电平高频逆变器

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1、一对基于幵关电容原理的多电平高频逆变器曾君吴佳磊刻俊蜂胡仁俊华南理工大学电力学院华南理工大学自动化科学与工程学院针对现有逆变器应用于高频交流配电系统时所呈现的不足，提出一对基于开关电容原理的多电平高频逆变器（结构1和2），其原理相似，功能互补:结构1适用于低压电源并联输入场合，与现有开关电容逆变器相比，减少了充放电冋路屮功率器件数量，相同器件寄生参数下，可降低导通损耗，提高逆变效率;结构2适用于低压电源串联输入场合，弥补了现有开关电容逆变器只能用于并联输入场合的不足，拓宽了其应用范围。介绍逆变器的结构原理和相关参数分析，并在此基础

2、上进行实验，结果验证了所提结构的可行性。关键词：高频交流配电系统;开关电容逆变器;并联输入;串联输入;plementaryfunctions.Thestructure1isusedfortheparallel-connectedinputoccasionsoflow-voltagesources,whichreducesthenumberofpowerdevicesinbothcharginganddischargingloopswhencomparedwithexistingtopologies,thus,decreasingt

3、heconductinglosswhenignoringthedifferenceinparasiticparametersofeachcomponent;thestructure2isusedfortheseries-connectedinputoccasions,whichmakesupfortheinsufficiencythatexistingswitched-capacitormultilevelinverterscanbeusedforparallelconnectedinputoccasionsonly,thus,b

4、roadeningtheapplicationscope.Thetwostructuresandtheiroperationalprinciplesareillustrated，aswellastheanalysisofrelevantparameters,basedonwhichtheexperimentisconducted.Theresultsconfirmthefeasibilityofthetwoproposedstructures.Keyword：High-frequencyACpowerdistributionsys

5、tem;switched-capacitorinverter;parallelconnectedinput;series-connectedinput;0引言相较于传统的直流式、工频交流式配电系统，高频交流配电系统(High-FrequencyACPowerDistributionSystem,HFACPDS)具冇更高的可靠性、效率和功率密度，并且可实现无线功率传输m，其优点已在航空航天领域得到证实，并逐步应用于计算机、通信m、电动汽车等领域;高频交流微网作为一种有效的集成新能源方式，也逐渐受到关注［4］。高频逆变器是高频交流配电

6、系统的关键之一，将直流电转换成高频交流电，其输出频率随应用场合不同，从几百Hz到几十kHz变化［5,6］。谐振式变换器（如文献［7］的前级逆变）是实现高频逆变的有效途径，II较容易地实现软开关，但一般用于小功率场合;相比之下，多电平逆变器是实现中等及以上功率高频逆变的有效方式。图1集成光伏阵列的高频交流微网电源侧Fig.1Sourcesideofthehigh-frequencyacmicrogridintegratingphotovoltaicarrays图传统的多电平逆变器包括二极管钳位式M、飞跨电容式M和级联n桥式逆变器［i

7、o］,因具有通过低压器件实现高压输出的优点而被广泛应用于低频领域。为减小输出的总谐波畸变（TotalHarmonicDistortion,THD），采用以多载波调制为代表的高频调制（High-FrequencyModulation,HFM）方式，当输出频率为几十kHz时，开关频率将达到数百kHz,对于无法实现软开关的多电平逆变器，所引起的开关损耗将急剧增加，相反，逆变效率将急剧减小。所以，11FM方式将无法用丁•高频逆变器。为在基频调制（Fundamental-FrequencyModulation,FFM）下获得较低的THD，可

8、将传统的多电平逆变器级联、扩展，以实现更多电平的输出，但逆变器的结构将变得复杂，导致效率的下降和成木的提高。在传统逆变器基础之上，文献［11,12］分别通过简单的结构实现单相七电平和三相十七电平输出，但必须通过11FM方式实现串联充电电容电压的平衡