光伏接口变换器是光伏发电系统的关键环节。典型的光伏接口变换器会运行在最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)或输出稳压(Output Voltage Regulation,OVR)模式,以提高光伏发电系统的发电效率和可靠性。而太阳能电池根据工作点不一样具有不同的电源特性(电压源或电流源),且输出功率和小信号输出阻抗随着光照、温度、端电压而大范围变化,并呈现严重非线性。为了解决MPPT和OVR两种模式的光伏接口变换器在变参数环境下的鲁棒控制器设计问题,本文从太阳能电池的动态模型、控制器结构和控制策略、系统稳定性、控制器参数设计等多方面开展系统性研究。正确认识太阳能电池的动态模型及特性,是深入探讨光伏接口变换器动态特性的前提。本文从硅太阳能电池的理想物理模型出发,推导了太阳能电池的稳态、动态特性的解析表达式,得到了太阳能电池的动态电路模型以及二极管动态电阻、结电容、小信号输出阻抗等动态特性参数的数学表达式,并分析了光照、温度、端电压等因素对上述参数的影响。由于少数载流子寿命是影响太阳能电池特性的重要参数,本文研究了太阳能电池少数载流子寿命的简便测量方法,同时,还设计了基于LED灯和超级电容的太阳能电池动态特性实验平台,对理论分析的正确性进行了验证。光伏接口变换器输入电压鲁棒稳定性对实际运行环境下MPPT算法的可靠实现至关重要。本文基于太阳能电池的动态电路模型和劳斯稳定判据,得出输入电压单闭环控制稳定的充要条件和鲁棒稳定PI控制器的设计准则,即应在太阳能电池最大的动态输出电阻条件下设计PI参数,并据此提出了鲁棒稳定PI控制器的设计方法及其简化设方法,有效解决了常规设计法鲁棒性不足和实际模型法过于复杂,难以实用的问题。进一步,将MPPT模式下的光伏接口系统可以看成是电流源(太阳能电池)和电流型变换器的级联系统,提出了该级联系统的阻抗匹配稳定判据,基于级联系统稳定性分析方法研究了MPPT模式下光伏接口变换器的稳定性,表明了若变换器在理想电流源供电的情况下能稳定工作,则其作为光伏接口在相同条件下运行时必然稳定,证明了光伏接口变换器输入电压鲁棒稳定PI控制器简化设计方法的正确性。为了合理选择太阳能电池的工作区、正确设计接口变换器功率电路和控制策略,有必要深入探讨OVR模式下太阳能电池的稳定工作区。本文构建了基于太阳能电池动态模型的光伏接口变换器小信号模型,根据赫尔维茨判据,得出不同控制回路构成下输出电压控制稳定的必要条件;揭示了OVR模式下太阳能电池存在唯一的稳定工作区,且稳定工作区和光伏接口变换器控制回路构成存在明确的对应关系,与负载类型、拓扑结构和控制器参数无关;从理论上证明了输出稳压控制无法实现MPPT,将导致太阳能电池存在效率损失。OVR模式下光伏接口变换器稳定运行对提高系统可靠性极其重要。本文推导了光伏接口变换器输出电压单闭环控制稳定性条件,并据此提出输出电压鲁棒稳定PI控制器的设计准则,即在太阳能电池最小的动态输出电阻条件下设计PI参数,给出了输出电压鲁棒控制的设计方法和简化设计法。同样,基于OVR模式下光伏接口系统的级联系统稳定性分析法验证了OVR模式下太阳能电池的稳定工作性研究的相关结论。为了提高预期寿命和长期可靠性,两级式单相光伏并网逆变器需要尽可能实现无电解电容化,然而,减少直流母线电容量将导致光伏接口变换器输入电压出现较大的二倍频纹波,降低能量利用率,并可能造成MPP误判。本文研究了接口变换器的输入电压二倍频纹波分量抑制策略,建立了输入电压低频纹波分量分析模型,提出了兼具鲁棒稳定性和低频纹波鲁棒抑制能力的输入电压单闭环控制器参数设计准则和设计方法;提出了滤波电感串联虚拟电阻的低频纹波抑制方法,给出了虚拟电阻的计算及选取方法;提出了输入电压PI控制器串联准比例谐振调节器的低频纹波抑制方法,给出了控制参数的设计方法;提出了结合输出电压前馈的输入电压单闭环控制的纹波抑制方法;从谐波抑制效果、快速性、实现难易度等方面对上述输入电压纹波抑制策略的进行了评估和对比。