前言

两级式单相变换器，包括两级式单相DC-AC逆变器和两级式单相功率因数校正（Power Factor Correction，PFC）变换器，是交流电和直流电之间的电能变换接口，已广泛应用于不间断交流电源、通信用整流器和逆变器、服务器电源、车载充电器、LED照明电源、可再生能源发电系统等各种交直流变换场合。在两级式单相变换器中，交流端口的瞬时功率以两倍交流电压频率脉动，导致中间直流母线端口产生两倍交流电压频率的脉动电流，此即二次谐波电流。二次谐波将会传播到DC-DC变换器中，并进一步传播到直流源或直流负载中。为了提高两级式单相变换器的变换效率，提高光伏电池和燃料电池等的能量转换效率，并延长其使用寿命，需要有效抑制二次谐波电流的传播。

2010年，我们在研制某型机载二次电源时，注意到两级式单相DC-AC逆变器中的二次谐波电流问题，并开始开展二次谐波电流抑制技术的研究。2015年，该研究得到国家杰出青年科学基金的资助，让我们得以从更宽的视角和更深的层面来开展研究工作，研究的对象也从两级式单相DC-AC逆变器拓展到两级式单相PFC变换器，从单一工作模式拓展到不同工作模式，从单纯的二次谐波电流抑制拓展到无电解电容二次谐波电流补偿器（Second Harmonic Current Compensator，SHCC）。我们团队通过十多年坚持不懈的研究，在单相电力电子变换器的二次谐波电流抑制技术方面已取得较为系统和深入的研究成果，在IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Power Electronics等本领域国际权威期刊上发表了一系列论文，并且在多个领域得到成功应用。为了全面系统阐述所取得的研究成果，我们决定将它们整理成书。

本书共13章。第1章是绪论，阐述两级式单相变换器中二次谐波电流的产生机理和传播特性，介绍二次谐波电流对DC-DC变换器、直流源或直流负载带来的负面影响，并对已有二次谐波电流抑制方法进行回顾和总结。第2章作为全书的理论基础，系统阐述不同工作模式的两级式单相变换器中二次谐波电流抑制的基本思路。针对航空航天、电动汽车等工况恶劣的应用场合，采用无电解电容SHCC，不仅可以有效抑制二次谐波电流，而且去除了两级式单相变换器中的电解电容，提高了系统可靠性。第3~8章阐述两级式单相变换器中二次谐波电流抑制的控制策略。其中，第3~5章针对前级DC-DC变换器控制中间母线电压的两级式单相DC-AC逆变器，分别讨论前级DC-DC变换器为Buck类、Boost类和基于DCX-LLC谐振变换器的DC-DC变换器的二次谐波电流抑制方法；第6章针对两级式单相光伏并网逆变器，讨论前级DC-DC变换器实现最大功率点跟踪时的二次谐波电流抑制方法；第7章针对两级式单相PFC变换器，讨论不同工作模式的二次谐波电流抑制方法；第8章讨论单相AC-DC-AC变换器系统中二次谐波电流的抑制方法。当两级式单相变换器中DC-DC变换器的二次谐波电流得到有效抑制后，二次谐波电流将主要由中间母线电容提供，其容量较大，一般采用电解电容。为了去除电解电容，需要大幅减小中间母线电容容量，为此可以采用无电解电容SHCC来补偿二次谐波电流。第9~12章讨论无电解电容SHCC的控制策略。其中，第9章介绍SHCC的电压电流双闭环控制策略，并引入电流基准前馈方法以提高SHCC端口电流的补偿能力；第10章阐述SHCC的单周期控制策略，实现了SHCC的稳定工作并准确补偿二次谐波电流；第11章阐述基于虚拟并联阻抗的控制方法，不仅有效补偿二次谐波电流，而且不需要二次谐波电流基准，由此去除了嵌入DC-AC逆变器或PFC变换器中的电流采样电路，实现了SHCC的完全模块化；第12章介绍SHCC的储能电容电压自适应控制，有效减小了SHCC的轻载损耗。加入SHCC后，两级式单相变换器成为一个多变换器系统，第13章揭示了该系统在不同工作模式的稳定性特点，并提出了稳定性解决方案。

本书是基于我们团队的研究成果整理而成的，其中张力博士、黄新泽博士、刘飞博士生、祝国平硕士和阚世奇博士生对本书内容作出了重要贡献，因此他（她）们都是本书的合作作者。已毕业的硕士生顾琳琳、王蓓蓓、王舒、杨洋和何婕秀对研究工作也有贡献，在此表示衷心的感谢。

本书研究工作得到了国家杰出青年科学基金项目（批准号51525701）的资助，衷心感谢国家自然科学基金委员会给予的信任和支持！

本书的出版得到了机械工业出版社的大力支持，责任编辑罗莉女士为本书的出版做了大量工作，特此致谢！

阮新波

2021年10月于南京航空航天大学