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[1]，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，用户对其可靠性的要求与其本身脆弱特性之间的矛盾日益尖锐：一项针对电气设备制造、电机拖动、公用设施和航空航天等领域的调查结果显示：50%以上的用户对现有电力电子设备的可靠性不满意[2]。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[3]。据文献统计结果显示[4]：五年内，一个3.5MW的光伏发电系统中，逆变器的失效故障导致了37 %的额外系统维护和59 %的附加投资。电力电子设备的低可靠性问题已经给新技术的应用推广和国民经济的发展带来了巨大的负面影响。

目前LED的光效的可以达到150lm/W，高于传统的纳灯和京灯，LED照明光源可节省25% ～ 60%的电能消耗，大幅度减少碳排放量。LED 的另一突出优点是长寿命，其寿命超过5万小时，为其他现有技术的3倍以上：LED不含铅、录等重金属，环境友好[1-3]。因此LED目前在室内外照明及背光灯等场合己有较广泛的应用，是极具发展潜力的新一代照明光源。

LED 照明光源由LED芯片（chip）、灯具（fixture)和驱动器（driver）三部分构成。在交流供电的LED驱动器中，用来平衡输入的交流功率与输出的直流功率的母线电解电容寿命通常只有几千小时，与长寿命的LED灯不匹配。因此研究减小中间母线电容的容量，使得能够在相近体积和成本的条件下，使用长寿命的薄膜电容，成为目前提LED照明光源整体寿命的研究方向之一。

燃料电池作为一种利用新能源的载体，以其能量转化效率高、能量密度大、环境污染少等优点[5-8]，被广泛应用于笔记本等便携式设备、电动汽车以及分布式发电系统中。给便携式设备供电属于直流供电，而应用于电动汽车或分布式发电系统属于交流供电系统。当应用于交流供电系统时，50 Hz 的交流电会在燃料电池的输出直流端产生100 Hz 的纹波[9]，该纹波会导致燃料电池输出特性出现迟滞现象，威胁燃料电池的安全运行[10]。与此同时，100 Hz的低频电流纹波还会导致燃料利用率低，燃料电池供电效率低[11-12]。100 Hz 的低频电流纹波也会导致燃料电池内的质子交换膜碳化降解[13]。当低频电流纹波幅度超过平均电流的4%时，燃料电池还会受 到耐用性降低和使用寿命缩短的危[14-16]。因此，抑制低频电流纹波是燃料电池交流供电系统的一个重要研究方向。抑制低频电流纹波有助于改善燃料电池的工况，提高燃料利用率以及燃料电池的使用寿命，有利于促进燃料电池的推广应用，具有可观的经济效益和社会效益。

单相变换器在新能源、电动汽车、航天航空和通用设施等领域中得到广泛应用。由于单相整流器或者逆变器中，存在直流侧和交流侧瞬时脉动功率不平衡问题，使得交流侧二倍频脉动功率传播到直流侧产生二倍工频纹波电流，影响单相电力变换系统的工作性能，甚至对系统安全、稳定运行造成威胁，在不同的领域中表现形式各有不同：1.在光伏发电系统，光伏阵列输出能量会因直流源端电流含低频纹波而波动，降低MPPT（最大功率点跟踪）的效率，使输出功率随二倍频纹波电压幅值增大而降低，降低了光伏系统能量转换效率；2.在燃料电池发电系统中，会引起燃料电池内部迟滞现象，导致过热和寿命衰减；3.在LED应用系统中，低频纹波电流会使LED灯在使用过程中发生频闪现象，降低LED灯使用寿命同时还会使得用户眼睛不适；4.在WEM（Wireless Electro-magnetic Method）发射系统中，直流侧极低频次纹波或者谐波会使得电网产生非特征次谐波，影响电网正常运行，干扰附近通讯网络；5.在电动汽车系统中，该低频纹波将对系统中蓄电池组造成不良影响。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究目标

基于国内外研究现状的分析，本文针对无电解电容单相变换器中交流侧低频脉动功率和无功功率的功率解耦技术展开研究。首先，通过理论分析推导低频脉动功率和无功功率的产生机理和传播途径，尤其针对容性、感性和非线性负载条件下交流侧脉动功率和无功功率，直流侧谐波电流进行数学建模，精确描述交直流侧不平衡功率；然后，对比分析现有有源功率解耦方法，归纳总结其功率解耦的基本原理和核心思路；通过对典型解耦方法中脉动功率和无功功率流通路径的分析，将功率解耦技术分为无需添加任何额外元件的基于储能元件波形控制的功率解耦方法和添加少量储能元件和有源器件构建功率流通路径的功率解耦模块，研究典型单相逆变器接非阻性负载条件下，将脉动功率控制在交流侧进行就地补偿的功率解耦方法，缩短低频脉动功率和无功功率的流通路径；最后，通过仿真和实验验证所进行的研究工作的正确性和有效性[17]。

2.2研究内容

1.设计1kW的单相并网逆变器，并完成仿真；

2.设计双向buck-boost的有源功率解耦电路，完成理论分析与计算；

3.使用仿真软件完成整个系统的仿真验证。

4.搭建系统平台，并完成相关实验验证