逆变器作为光伏系统的核心，其内部结构以及外部环境条件均对系统的可靠性有决定性影响。为避免不确定因素对光伏系统输出造成波动，进而引发功率输出不稳定，当今比较主流的解决方式就是采用具备升降压能力的逆变器，以灵活应对输入电压宽范围的波动。目前，具备升降压能力的逆变器可分为隔离型和非隔离型。工频隔离型逆变器噪声大、体积十分笨重；高频隔离型逆变器产生高频噪声、器件数目多、功率密度低、成本高；另外，隔离型逆变器具有噪声、体积和成本等难以克服的固有劣势。

非隔离型逆变器则可极大程度地解决上述问题，避免了隔离型变压器造成的能量传输损耗，进而提高了功率密度。但常见的多级逆变器往往结构复杂，导致安装繁琐、器件多、质量大、成本高、效率低，并且中间级大多需要电解电容，进一步降低了系统的使用寿命和可靠性。因此，具有升降压能力的无电解电容单级非隔离逆变器才是较全面的满足光伏发电系统要求的拓扑结构。

利用基本斩波电路构造逆变器拓扑结构，是一种通用的做法。Buck-Boost变换器仅需一个中间电感，无中间电容，是所有具备升降压能力的基本斩波电路中最简洁的，因此选择以Buck-Boost电路为基础的单级单相非隔离型逆变器。将基本斩波电路扩展为逆变器的方法分为两种：双变换器组合法、斩波器与桥式逆变器级联法。采用这两种方法，构造出了多种单相单级Buck-Boost逆变器。

通过对单级单相非隔离型Buck-Boost逆变器拓扑现状分析，目前需要解决的问题包括升降压能力、电解电容、单电源输入、拓扑器件数目、器件复用率以及拓扑和控制的整体简洁性等，而已有的拓扑构造大多顾此失彼。燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室的王立乔、陈建医等学者，取长补短，综合兼顾，提出了一种无电解电容的单级单相Buck- Boost逆变器。

图1 单级单相无电解电容Buck-Boost逆变器拓扑结构

该逆变器的拓扑既可满足升降压要求，也不需要电解电容，仅需一个低值电感作为储能元件，功率器件及无源器件少，整体结构简洁紧凑、质量轻，器件复用率高，工作模式以及控制方式简单，非常适用于中小功率光伏发电系统。

图2 实验平台

研究者指出，该逆变器拓扑整体结构简洁，功率器件和无源器件使用少，仅一个直流电感工作于正负半周进行储能与释能，利用率高。开关管的选型兼项了拓扑工作原理和造价，普通IGBT的反向并联二极管也得到充分利用，器件浪费率及损耗率降低。

他们进一步表示，该逆变器为单相单级非隔离型升降压光伏逆变器，无需使用电解电容，相比于多级式和隔离型逆变器，其结构简单，有利于系统效率提升，并可通过改变调制比大小灵活控制其实现均衡升降压逆变，可很好地适应直流输入宽范围变化。

此外，在前置H桥结构下，利用简洁的控制方式即可在采用低感值直流电感情况下使得逆变输出正弦度良好，有利于控制体积和成本，相对提升功率密度，而巧妙的工频开断、高频工作方式使得控制中无需高频死区对输出造成畸变影响，系统具备十分良好的抗扰能力。

本工作成果发表在2023年第24期《电工技术学报》，论文标题为“单级单相无电解电容Buck-Boost逆变器”。本课题得到国家自然科学基金和河北省自然科学基金的支持。