与传统的桥式逆变器相比，Z源逆变器以其独特的阻抗网络具有可实现升压变换、允许逆变器工作于直通状态等优点，因此，无需在逆变器开关管的控制信号中加入死区时间，提高了输出电能质量及系统的稳定性。Z源逆变器提供了一种高效、可靠且成本较低的单级升压逆变方案，特别适用于光伏发电系统、风力发电系统等输入电压变化范围较大的可再生能源应用场合，具有十分广阔的应用前景。但传统的Z源逆变器也存在升压能力较低、电路体积较大以及启动冲击大等缺陷，其各方面的性能也有待进一步提升。针对以上问题，论文对传统Z源逆变器的阻抗网络进行改进，提出两种改进型Z源逆变器拓扑，以提升Z源逆变器的性能；另一方面，研究单周控制在Z源并网逆变器控制系统中的应用，并提出一种基于系统状态方程的间接单周电流控制策略，以扩大单周控制的应用范围。本文首先分析了Z源逆变器拓扑变换、建模与控制、直通状态的注入方法及其在可再生能源发电系统中应用的国内外研究现状，在此基础上，采用状态平均法建立了Z源逆变器的数学模型，并构建了Z源逆变器的并网控制系统，搭建仿真模型验证了其输出性能。其次，分析了传统Z源并网逆变器存在的缺陷及其缺陷产生的机理，针对其缺陷，对原拓扑进行改进，提出了两种改进型Z源并网逆变器拓扑。分析了两种拓扑的工作原理，推导其输入输出关系，并基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原则设计了改进型Z源并网逆变器的控制系统。最后搭建仿真模型进行了仿真研究，对稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行了仿真分析，验证了拓扑的可行性及其性能。再次，在仿真分析的基础上，对基于Boost电路的改进型Z源并网逆变器拓扑进行实验验证，设计了实验样机整体结构，并对前级电感参数，Z源网络电容、电感参数及交流侧滤波电感参数进行设计；对控制系统中的采样单元、电流控制单元、直通单元、驱动单元设计了实现方案；最后，对实验结果进行了理论分析，进一步验证了所提出拓扑的可行性及性能。最后，分析了单周控制的基本原理及单周控制开关电路的实现方法，将单周控制方法引入Z源并网逆变器的控制系统中，推导了三相Z源并网逆变器的直接单周电流控制方程并搭建仿真模型进行了仿真验证。接着，基于Z源并网逆变器的状态方程提出间接单周电流控制策略，推导其控制方程，并搭建相应的仿真模型，对稳态输出、并网功率突变、输入电压扰动等情况进行仿真分析，通过对比仿真结果表明：所提出的间接单周控制策略切实可行，有效地改善了传统间接电流控制的动态特性，并网电能质量良好，控制系统结构简单，控制成本低，具有一定的工程实用价值。