传统单相电力电子变换器使用电解电容吸收直流侧二次功率脉动。为解决电解电容体积大、寿命短、可靠性低的问题,采用薄膜电容或电感储能的有源功率解耦技术近年来受到研究人员和工业界越来越多的关注。有源解耦技术使用辅助的开关器件和储能元件,存在性价比低和控制策略复杂等问题,导致实际应用困难。为提高变换器可靠性和性价比,论文以微电网中单相变换器为研究对象,对基于分裂电容的有源功率解耦技术进行研究,并进行优化控制设计,以便于推广解耦技术在光伏发电、储能单元中实际应用。针对有源功率解耦辅助电路造成变换器成本升高的问题,本文对基于交流侧分裂电容的差分逆变器进行功率解耦研究,相比传统单相变换器仅增加一个解耦电容,提高了有源功率解耦的性价比。将整个变换器拓扑拆分为两个基本的DC-DC变换器,使用它们之间的差模进行交直流能量转换,共模实现功率解耦控制,并通过共模和差模模型揭示功率解耦控制中存在潜在的谐振问题。针对基于电容电压参考计算的解耦方法依赖于器件参数,导致解耦精度低的问题,提出一种基于直流电流反馈的自主共模功率解耦双环控制策略,提高了功率解耦精度及电路运行稳定性。此外,为解决非线性负载下逆变器交流输出电流畸变传导至直流侧,造成直流侧频次更高的衍生谐波问题,给出了谐波抑制准则和功率解耦控制器优化方法,实现对非线性负载谐波抑制。本文将交流侧分裂电容功率解耦和LCL滤波器结合,提高并网应用时电网电流开关谐波抑制能力。但存在谐振和系统稳定性等问题,对基于LCL滤波器的并网电流控制进行分析,提出使用电容电流反馈的统一有源阻尼控制方法,通过独立的反馈两个解耦电容电流,达到在解耦电容上引入虚拟阻尼阻抗,实现共模和差模谐振抑制,并解决其系统稳定性问题。薄膜电容与电解电容相比具有更高的性价比和可靠性,但薄膜电容在高湿度环境下金属层易被腐蚀,电容容值严重衰减造成电容不匹配。因此,本文建立了电容容值不匹配时变换器的基本数学模型,分析了交流侧和直流侧谐波电流的产生机理,并提出了不匹配电容下谐波电流抑制的三个准则。通过优化基于电容电流反馈的统一有源阻尼方法,分别针对差模和共模进行谐波补偿控制,实现无脉动的直流并抑制电网电流畸变,容许交流分裂电容不匹配程度超过20%,提高了系统可靠性。为解决采用基频电压解耦的直流侧分裂电容在电容不匹配下的衍生谐波问题,建立了基于直流分裂电容的半桥解耦电路在电容不匹配时变换器的基本数学模型,并根据衍生基频功率产生机理提出了谐波的抑制方法。通过对传统的基频电压解耦控制器进行优化,在功率解耦控制器上增加积分环节实现谐波抑制。为简化功率解耦控制器,本文提出使用二次电压代替解耦电容电压中的基频交流分量进行直流侧脉动功率补偿的方法,避免解耦电容出现电容不匹配时的衍生谐波问题。同时还提出的解耦控制电容最优选取原则和直流脉动反馈控制方法,简化了控制器设计。利用二次电压解耦具有的低开关应力、高效率、高解耦精度和更强的抗容值漂移鲁棒性,适应更大范围的电容容值不匹配。为验证理论分析和仿真的正确性,搭建了基于dSPACE 1006的实验验证平台,分别完成了带线性和非线性负载的交流分裂电容解耦控制试验和直流分裂电容整流模式功率解耦控制试验,并通过dSPACE 1103并网实验平台对统一有源阻尼方法进行试验,验证了并网电流的稳定性、功率解耦的精确性和电容不匹配条件下交直流侧谐波抑制性能。实验结果表明本文提出的解耦方法均能降低直流侧功率脉动,交流侧电能质量满足标准IEEE 1547的要求。