随着社会的发展和人们生活水平的提高,世界的能量消耗,尤其是电能消耗日益增加。传统化石能源存在着储量有限、环境污染和温室气体排放等问题,其弊端正不断凸显出来。相比之下,以太阳能、风能为代表的可再生能源具有储量大、清洁无污染、分布广泛等优势。正在此背景下,可再生能源发电,尤其是光伏发电系统越来越受到关注和期待。在光伏发电系统中,并网逆变器作为连接光伏电池板和电网的关键接口,其能量转换效率和功率密度是最重要的性能指标。相比较传统的硬开关逆变器,软开关逆变器由于具有更小的单次开关损耗,更容易实现高效率和高功率密度的目标。在目前已报道的软开关逆变器中,复合有源箝位软开关逆变器具有辅助电路结构简单、能量转换效率高以及开关器件应力较低等优势。然而作为软开关逆变器,其参数设计既要满足软开关实现的要求,同时也要满足并网电能质量的要求。在此基础上,还要实现高效率和高功率密度的目标。在这种设计变量多且相互耦合的应用中,采用传统方法很难得到全局最优的设计。另一方面,将电力电子电路的设计问题转换为优化问题进行解决的思路已有报道。该方法通过对关键电路参数进行建模,将电路损耗或者功率密度等指标作为目标函数,并采用最优算法进行计算并得到最终设计。该方法已被用于部分传统硬开关电路的设计中。而利用最优化思路进行软开关逆变器设计的方法还未有报道,没有可以直接采用的设计方法。针对以上现状,本文提出一种针对于复合有源箝位软开关逆变器的设计方法,并具体完成了以下工作:通过实验测试的方法获得不同IGBT模块在不同缓冲电容和关断电流条件下的损耗数据,建立了 IGBT模块零电压关断的损耗模型。通过实验测试获得谐振电感磁芯材料在PWM激励下的损耗数据,并建立了损耗模型。还建立了谐振电感绕组损耗模型、滤波电感的磁芯损耗模型和绕组损耗模型,以及谐振电感、滤波电感、箝位电容和散热器的体积模型。利用损耗模型和体积模型,将软开关逆变器的损耗和关键元件体积作为目标函数,将需要满足的电能质量、温升等要求作为约束条件,从而将参数的设计问题转换为一个非线性约束优化问题,借助最优化算法得到最优效率和功率密度的帕累托边界(Pareto front)。基于得到高效率和高功率密度的设计目标选取最优的参数。考虑到谐振电感在工作过程中流过的电流频率高、幅值大,而设计的目标是使其高效且小型化。在全局优化计算得到的谐振电感参数基础上,利用有限元分析工具进行更详细的设计。以损耗最小为目标,分析了筒形铜箔绕组结构中绕组的最优位置,最优铜箔厚度;分析了扁形铜箔绕组结构损耗最小的绕组结构、绕组位置和铜箔厚度。通过比较最优条件的筒形和扁形铜箔绕组结构,选择损耗和体积均更优的筒形绕组结构搭建谐振电感样机。实验结果验证了谐振电感在小型化的基础上其各项指标均满足设计要求。针对复合有源箝位软开关逆变器的工作特点,分析确定了对寄生电感敏感的关键回路。通过采用叠层导电母排结构以及合理布置元件位置,缩小关键回路在导电母排上的面积和长度。并利用有限元分析工具和实验结果验证了改进的导电母排能够有效减少寄生电感。根据设计得到的各项参数搭建了 30kW实验软开关逆变器样机进行并网实验测试。实验结果显示其并网电流THD、谐振电感温升、散热器温升等各项指标均满足设计要求。测试得到的最高效率为98.3%,满载效率为98.1%。在已报道的采用IGBT为开关器件的软开关逆变器中,利用本文设计的软开关逆变器具有最高的测试效率。实验结果显示了对比传统硬开关逆变器在效率上的明显优势。相比采用传统设计方法的软开关逆变器,本文设计的软开关逆变器除了在效率上具有优势外,其谐振电感体积、滤波电感体积以及箝位电容体积均有显著的减小。通过核对,样机的实测效率和功率密度均和理论设计值吻合良好,实现高效率和高功率密度设计目标,证明该设计方法有效可行。