近年来我国大力推进以分布式能源为代表的可再生能源发展,随之兴起的直流微网技术、电网与电动汽车间的交互技术和各类型储能系统中均存在双向DC-AC变流器的身影。因此,研究一款高效高可靠性的双向DC-AC变换器电路结构并确保其双向工作模式之间的平滑无缝切换控制是实现分布式能源有效利用的首要工作。论文综述了几种常见的双向DC-AC变换器,指出现有电路均为桥式结构,具有桥臂直通隐患、死区时间不利于高频化设计等不足,有悖于高频高效高可靠性的发展方向。论述了各类双Buck型变换器研究现状,指出此类电路克服了桥式结构的固有缺陷,并对此类电路的研究现状及发展方向做出总结。随后选用一种直流电压利用率高、开关管电压应力低的全桥结构双Buck型拓扑并将其应用于双向变换场合,在同一个拓扑中实现整流与逆变。本文根据双向工作模式稳定运行及双向切换控制目标,对所选用变换器相应的控制策略进行研究。分别建立了所选用电路的并网逆变以及整流PFC两种运行模式在电感电流连续下的小信号模型,对电流内环和电压外环控制器进行详细设计。其中电压外环不仅起到稳定直流母线电压的作用,而且其输出决定着变换器的工作方向,对变换器工作模式的平滑无缝切换起着关键作用;由于采用PI控制器设计电流环时的步骤以及实际应用相对繁琐,为此,本文在采用传统PI电压外环保证双向工作模式判定的基础上,设计了有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)实现内环网侧电流控制,根据MPC基本原理建立了所选用的双Buck型拓扑离散化模型,并在传统MPC中增加了对电压环输出以及网侧参考电压相位的判定,减小了控制器单个控制周期中的计算负担,有利于控制周期的高频化。通过仿真分析表明采用该模型预测方法与传统的双环PI控制方法相比在保证稳态精度以及动态响应速度的同时,能够保证双向工作模式的平滑无缝切换,且无需调制器以及参数整定过程,控制方法简单易行。最后对样机软硬件进行了设计,利用TMS320F28377D搭建了一台实验样机,通过实验结果验证电路拓扑理论剖析,以及双向工作模式稳定运行与两者间平滑无缝切换控制方式的可行性。