通过将交流电压以模块化串联或者级联组合的形式输入/输出,能够降低各个子模块功率器件的电压应力。将高频隔离变换器作为组合系统的基本子模块,结合相应的功率控制方法,能实现交流接口与另一端的电气隔离与功率控制,使该组合系统应用于电力电子变压器、高压直流快速充电以及微电网等场合。同时,模块化组合的方式具有模块化标准性设计、降低系统开发难度、冗余设计、降低开发成本以及缩短研发周期等优点。本文主要针对交流接口下的两种高频隔离组合系统,包括串并组合系统以及级联组合系统,研究这两种组合系统的拓扑结构与功率控制方法。内容包括:a)研究单向功率流、交流接口下,基于输入串联输出并联(Input-Series-Output-Parallel,ISOP)以及输入串联输出串联(Input-Series-Output-Series,ISOS)组合变换器功率均分控制。b)研究交流输入下,基于级联H桥前级,后级为高频隔离双向DC-DC组合变换系统电压均分和功率控制;同时,研究该组合系统子模块高频隔离双向DC-DC变换器的功率控制及其新型拓扑结构。本文研究的内容主要包含以下三个部分:第一部分包括第二章、第三章和第四章,研究交流接口、单向功率流下,高频隔离串并组合系统的拓扑结构和功率均分控制。首先,从能量传递的角度,分析了所研究的ISOP AC-AC、ISOP AC-DC和ISOS DC-AC三种组合结构下的输入端功率均分和输出端功率均分之间的关系。对于ISOP AC-AC以及ISOP AC-DC组合系统而言,得出了各个子模块输出电流均分(Output Current Sharing,OCS)可以得到输入电压均分(Input Voltage Sharing,IVS)的结论。基于该结论,对于ISOP AC-AC组合系统提出了基于副边侧采样控制的带输出电流补偿环的功率均分控制方法;针对ISOP AC-DC变换器提出了一种简化的电流交叉反馈控制方法。对于ISOS DC-AC组合逆变器系统,从能量传递的角度,也得出了输出电压均分(Output Voltage Sharing,OVS)即可实现IVS的结论。同时,提出了一种基于副边侧输出控制的功率均分方法。通过搭建原理性样机平台,验证了所提出的三种功率均分控制方法对相应组合形式的有效性。实验结果表明,所提出的三种控制方法在稳态、动态以及电路参数不一致的情况下,都能实现良好的功率均分。第二部分为第五章,研究交流接口、双向功率流下,基于高频隔离级联组合系统的拓扑结构和功率控制。以电动汽车快速直流充电机配电架构为拓展,前级采用级联模块化组合,后级为模块化的高频隔离双向DC-DC变换器单元组。各个DC-DC变换器单元输出并联连接,形成一个单端交流输入,单端直流输出的双向AC-DC模块化组合系统。对于级联H桥结构,需要保证各个单元的直流DC母线电压的一致性。因此,本文提出了一种适用于双向功率流下的统一电压均分控制策略。同时,该控制策略能在实现电压均分的前提下,解耦控制系统的有功及无功功率控制,实现变换器的有功传递和无功补偿功能。另外,对于多模块组合系统,如果采用集中控制器,由于控制器资源有限,将会限制模块化的数量,不利于多模块拓展。因此,本文对后级DC-DC单元采用分布式控制方法,对各个模块的充电电流进行控制。通过搭建样机平台,验证了所提出控制方法的有效性。所提出的统一电压功率均分控制,在双向功率流、不平衡负载以及非单位功率因数下都能实现电压的均分。第三部分为第六章和第七章,研究基于级联组合系统的后级双向高频隔离DC-DC变换器拓扑结构和功率控制。针对传统的电压源型双有源桥(Dual Active Bridge,DAB)为了实现宽范围零电压开通(Zero Voltage Switching,ZVS)导致的控制复杂问题,在传统电流断续控制(Trapezoidal Modulation,TZM)方法下,通过引入变换器激磁电流设计以及固定占空比补偿方法,实现了变换器在全负载范围下的软开关。另外,通过提出一种边界TZM控制方法,能够在保证全负载范围软开关的前提下,实现变换器在TZM模式下的最小电流应力。不同于复杂的三个自由度控制方法,该控制方式为二自由度控制,能够降低控制复杂程度,实现实时控制。另外,针对宽范围电压场合,提出了两种可行的改进型双向DAB变换器拓扑结构及其功率控制方法。两种改进型的拓扑结构分别为:混合桥式DAB变换器和双变压器式DAB变换器。通过提高变压器输入高频电压的调节自由度,结合所提出的半周期伏秒面积匹配控制方法,能够降低变换器的电流有效值,实现大范围ZVS软开关。所提出的功率控制方法仅含有两个控制变量:一个移相角和一个占空比控制信号,控制简单。同时,该控制方法实现了这两个变量之间的相互解耦,实时性强。通过搭建1k W实验样机,验证了所提出的拓扑结构与控制方法的有效性。