随着电力电子技术的不断进步，经过电力电子变换处理后再供用户使用的电能占全国总发电量的百分比的高低，已成为衡量一个国家技术进步的主要依据之一，电力电子技术也已成为21世纪推动人类社会发展的关键技术之一。随着电力电子设备在国民经济各领域中的广泛应用，用户对于电力电子设备的可靠性的要求日益迫切，但与其脆弱特性之间的矛盾日益尖锐。在新能源发电不断发展的今天，尤其在风能、太阳能等新能源发电领域，大部分运行问题都是由于实现电能变换及并网外送的关键设备—电力电子设备可靠性低而引起的。所以研究并有效解决电力电子设备的低可靠性问题能够给新技术的应用推广和国民经济的发展有巨大的作用。

以单相逆变器或整流器来说，交流侧（直流侧）与直流侧（交流侧）之间的瞬时功率不平衡，均会将交流侧含有的二倍工频脉动功率和无功功率辐射到直流侧形成二倍工频纹波和高次谐波电流，对单相变换器的安全、稳定和可靠运行带来巨大的威胁。在燃料电池逆变系统中，直流侧谐波会导致燃料电池自身输出特性出现迟滞现象，严重威胁燃料电池的安全稳定运行，与此同时，直流电流中二倍工频的低频纹波电流分量还会导致燃料电池释放能量过程中化学反应不充分，降低了燃料电池供电效率，二倍交流工频的低频纹波电流分量也会加速燃料电池内部质子交换膜的碳化降解，当燃料电池输出的二倍工频低频纹波电流分量的幅度超过输出平均电流的4 ％时，燃料电池供电系统还将受到耐用性大幅降低和使用寿命急剧缩短的危害。在光伏逆变系统中，该二倍低频纹波电流分量将引起光伏阵列输出能量的波动，影响光伏逆变系统的最大功率点追踪，从而降低了电能变换系统的能量转化效率。在LED驱动的应用中，该二倍低频纹波电流将引起频闪现象，同时还可能会缩短LED驱动使用寿命。在电动汽车系统中，该低频纹波将会对系统中昂贵而重要的蓄电池组造成不良影响。

为了保护直流侧不受到交流侧脉动功率的影响，一般会使用电解电容实现功率解耦。由于电解电容容量大、功率密度高、成本较低，电解电容被广泛应用于单相变换器（整流器或逆变器）中缓冲能量来平衡交流侧与直流侧瞬时功率，在一定程度上缓冲变换器交直流瞬时功率不平衡的平波作用，滤除开关频率及其边带频率成分的滤波功能，滤除逆变器阻感、阻容或者非线性负载带来的谐波电流的滤波功能；但同时也给电解电容引入了谐波电流，又由于电解电容能量利用率低，所需要容值较大，并且ESR大，导致流过低频纹波电流时，损耗和温升大，可靠性低，因此使用电解电容限制了单相变换器的可靠性。同时，电力变换器在新能源领域中应用环境越来越复杂和恶劣，由于电解电容的故障导致的系统的停运，会给国民生活和经济带来巨大的损失。

因此，在单相逆变器或整流器系统中，加入功率解耦模块来取代电解电容，也能实现抑制交流侧低频脉动功率和无功功率辐射至直流侧产生的谐波，提高系统的可靠性，也就成为当前的研究热点，对于行进步与经济发展也具有重大意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容

本次设计任务主要是两个部分，第一是设计1kW单相光伏并网逆变器电路，并使用仿真软件完成系统的仿真验证，第二是选择合适的功率解耦模块，完成功率器件的选型和损耗计算，并设计功率解耦模块硬件电路，最后综合起来搭建整个系统平台，并完成相关实验验证。

2.2研究的技术方案及措施

2.2.1单相光伏并网逆变器电路的设计

针对单相光伏并网逆变器电路的设计，基本原理是逆变器先通过Boost升压电路把太阳能电池板电压升到一定的值，再通过单相全桥逆变电路，把升压后的直流电逆变成可以与电网电压同相、同频的交流电，再通过一个自耦变压器进行升压，最后并网。核心内容是单相全桥逆变电路的设计，单相电压型全桥逆变电路的原理及工作波形如图1，它共有四个桥臂，可以看成有两个半桥电路组合而成。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两队交替各导通180°。

前面分析的都是u0为正负电压各为180°的脉冲时的情况。在这种情况下，要改变输出交流电压有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。在阻感负载时，还可以采用移相的方式来调节逆变电路的输出电压，这种方式成为移相调压。移相调压实际上就是调节输出电压脉冲的宽度。在图1(a)的单相全桥逆变电路中，各IGBT的栅极信号仍为180°正偏、反偏，并且V1和V2的栅极信号互补，V3和V4的栅极信号互补，但是V3的基极信号不是比V1落后180o，而是只落后θ（0lt;θlt;180°）。也就是说，V3、V4的栅极信号不是分别和V2、V1的栅极信号同相位，而是前移了180°-θ。这样输出电压u0就不再是正负各为180°的脉冲了，而是正负各为θ的脉冲，各IGBT的栅极信号uG1--uG4及输出电压u0、输出电流i0的波形如图1(b)所示。