摘 要：逆变技术通过功率开关器件将直流电能变换为交流电能，其在电力系统、新能源发电、不间断电源、调速系统等领域具有至关重要的地位。根据输入输出是否电气隔离，逆变器可分为非隔离型与隔离型逆变器；根据功率变换级数分，逆变器可分为多级式逆变器与单级式逆变器。

关键词：逆变技术；电力系统；交流电

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.135

0 引言

人类社会的进步与发展离不开对能源的使用。进入第二次工业革命以来，电能被广泛应用于生产、生活中；电能具有高效、方便、清洁等特点，使得电能极大的开发与应用；同时电能更是促进了人类社会生产力的极大提高。然而，人类社会对能源的开发和利用对环境造成了严重的破坏，环境问题已经成为人类社会发展的一个重大考验。如何实现节约资源、保护环境、实现长期的可持续发展是当今世界各国面临的重大挑战。世界能源的消耗有一大部分是以电能的形式体现的，如何提高电能的质量、电能的利用效率对节约能源、保护环境有重大意义。

电力电子技术为实现电能的高效变换奠定了基础。以电力电子半导体器件作为功率开关辅以微电子芯片和数字控制技术的结合，可以使电能满足负载的需求，实现电能的高效、高质量变换[1-3]。

电能变换的四大类之一：逆变技术已广泛地应用到生活、生产等场合。网络极大发展，建立了越来越多的数据中心，而数据中心往往要求能够有更高质量，更加稳定的电源，其核心是逆变器。

太阳能、潮汐能等新能源发电技术的核心就包括了逆变技术。此外，逆变技术还应用于电机传动调速领域、电力系统中的高压直流输电、小型家用电器等。

1 逆变技术的发展

1.1 非隔离逆变技术

非隔离逆变器电路结构。其核心是一个工频逆变环节，将直流量输入逆变为交流量输出，在输入与输出侧加入滤波器构成由源向负载提供能量的一个变换器。

根据输入源是恒压源还是恒流源，还可将其分为电压源型直接变换逆变器和电流源型直接变换逆变器。无隔离逆变器特点：（1）电路结构简洁，效率高。（2）输入输出无电气隔离；电压匹配能力弱。

1.2 低频环节逆变技术

非隔离逆变器电路结构简洁、性能可靠，但是输入与输出之间没有电气隔离，不能适用于一些安全要求较高的场合。为了解决直接变换逆变器的不足，在其逆变环节与负载之间加入工频变压器实验输入与输出的电气隔离及电压调整。这种逆变方式技术成熟，性能可靠[3]。

由于变压器的工作在低频状态，其缺点明显。（1）变压器工作频率低，体积、重量大。（1）系统动态响应差。（3）存在工频噪音。（4）输出滤波器工作频率为工頻，体积、重量大。

1.3 高频环节逆变技术

（1）高频隔离型多级式逆变器。高频隔离多级多逆变器拓扑，这类逆变器前级是一个带高频变压器的DC/DC变换器，直流变换器后级经过电容储能，再经一个不隔离的逆变器实现直流输入到交流输出，利用高频变压器实现输入与输出侧的电气隔离，用高频变压器替代了传统拓扑中的工频变压器，减小了逆变器的体积重量。这类拓扑中间的DC-DC变换器的可以根据需要进行选择，可以是正激式、反激式、推挽式、桥式[1]。这类拓扑的与低频环节逆变器拓扑相比。1）采用高频变压器替代工频变压器，降低了变换器的体积与重量。2）能量传输增加了中间直流储能环节，实现了前后级控制耦，控制灵活，可靠性高。3）多级能量变换导致了系统的效率低，系统容量受限制。

（2）高频隔离型单级式逆变器。由于高频隔离的多级式变换拓扑经过多级能量变换，变换器效率低等缺点，发展出了一种无中间储能环节的高频隔离型拓扑，即单级DC/HFAC/LFAC式拓扑。

1）电压型高频变换器单级变换逆变器。单级变换逆变器又可分为电压型和电流型两种。电压源高频环节逆变器电路结构，其经高频逆变器将直流源变换为高频交流脉冲输出，经高频变压器传输到副边，再经周波变换器和输出滤波器将高频交流脉冲变换为工频交流输出；这类变换器具有双向功率流、单级功率变换（DC-HFAC-LFAC）、变换器变换级数少、效率高等特点。但是高频变换器寄生参数漏感会引起变压器两边功率开关管电压尖峰，通过适当的采用有源箝位的方式配合周波变换器，可以有效的抑制变压器漏感引起的电压尖峰。

2）电流型高频变换器单级变换逆变器。电流型高频环节逆变器是其于Buck-Boost变换器的构成的逆变器拓扑，其包括全桥式，半桥式、推挽式、单管电路。其工作原理有别于电压型高频环节逆变器，其在每个高频开关周期是将输入能量先存储于反激变压器中，然后再将变压器的能量释放到输出侧。相比于电压型高频环节逆变器，它其有一些独特的优点，如：a）输出滤波器简洁；b）周波变换器相比于电压型的大大简化，减少了功率开关数量；c）由于功率开关的电流与电路的储能电流，即输入输出电流，易于实现对功率开关管的过电流保护[2]。高频隔离型单级式逆变器主要特点：a）输入输出电气隔离，电压匹配能力强。b）高频隔离，电路结构简洁，功率密度高。c）单级功率变换，效率高。

2 结论

逆变技术广泛应用于生产生活的各个方面，非隔离逆变技术、低频环节逆变技术具有电路结构简洁、性能可靠等优点，在过去被广泛应用，但其体积大、性能低等缺点无法克服，将越来越无法适应时代的发展。采用高频隔离的逆变器技术相对复杂，但其功率密度高、性能优越，在生产生活中将会被广泛应用。

参考文献：

[1]孙孝峰，顾和荣，王立乔等.高频开关型逆变器及其并联并网技术[M].北京：机械工业出版社，2011：1-13.

[2]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

作者简介：陈德灿（1990-），男，福建德化人，硕士研究生，助理工程师，输电运维中级工，研究方向：输电网络。