太阳能具有分布广、储量大、可再生、清洁环保等显著优势,已成为世界各国应对能源危机、环境污染的重要途径,也是我国推进能源革命和推动能源转型的重要举措。逆变器是连通光伏电池板与配电网的电能转换枢纽,是实现光伏发电系统安全、高效、稳定入网的核心设备。其中,非隔离型三电平逆变器具有无源器件少、功率密度高、开关损耗小、效率高、谐波低等突出优点,在光伏发电场合极具应用前景。但是目前非隔离型三电平光伏并网逆变器仍存在若干相关理论和技术尚未完善,具体包括,直流侧:光伏电池板自身存在的寄生电容与逆变器、电网形成漏电流回路,功率器件固有的高频开关切换引发较大的漏电流,严重威胁设备和人身安全;光伏电池板输出功率具有间歇性和波动性,导致系统轻载低效严重,三电平逆变器并联是实现功率匹配的有效途径,但存在高低频环流、电磁干扰等问题,降低系统效率和稳定性。交流侧:电网工况复杂多变、故障频发,导致逆变器与电网之间非线性动态耦合严重,传统控制方法难以实现并网电流精准跟踪控制和中点振荡有效抑制,极易引发故障穿越失败,直接威胁电网安全。为此,本文以非隔离型三电平光伏并网逆变器为研究对象,以提高系统效率和安全性为目标,重点突破了共模漏电流高效抑制、高低频环流精准抑制、电网故障下并网电流快速跟踪控制、中点电压振荡有效抑制等关键控制技术,实现了系统的“高安全、高效率、高可靠、低谐波”等性能要求。论文的主要研究内容与创新如下:针对非隔离型三电平光伏并网发电系统存在的共模漏电流难题,本文提出了基于新型LCL滤波器的三电平电路拓扑,通过将滤波电容中性点和直流侧电容中点直接相连,实现高频漏电流的有效抑制,使得系统漏电流几乎为零。然而,该新型拓扑又引发共模谐振电流问题,导致并网电流畸变,甚至引发系统因过流保护而切机。但是基于该新型拓扑的共模谐振电流产生机理不清,且共模谐振电流、差模谐振电流和中点电压平衡等控制目标相互耦合,传统方法难以解决上述难题。为此,本文建立了共模谐振电流模型,发现共模谐振电流直接受共模电压影响。在此基础上,提出了一种共模电流闭环控制策略,通过调节冗余小矢量的作用时间,控制共模电压,进而抑制共模谐振电流,保证并网电流质量,提高系统效率、安全、稳定性;并辅以电容电压前馈控制与中点电压比例控制,实现了差模谐振抑制及中点电压平衡控制,进一步提高逆变器并网电流波形质量。三电平逆变器并联是实现系统功率灵活调控、解决轻载低效难题的理想方案,且便于模块化设计,降低生产周期和成本,但其引发严重的高、低频环流问题,导致并网电流畸变,甚至损坏功率器件。基于新型LCL滤波器的逆变器并联系统能有效抑制高频环流,但美中不足的是其极易产生谐振环流,危害极大。为此,本文建立了基于新型LCL滤波器的并联系统环流模型,揭示了高频环流与内部、外部谐振环流的产生机理,发现谐振环流受电容电流与共模电压的共同影响。提出了电容零序环流控制新方法,通过闭环调节共模电压在谐振频率处的幅值,实现谐振环流高效抑制。并辅以低频环流与差模谐振抑制方法,实现了并联系统的高效率、低谐波、高安全运行。随着大规模电力电子设备接入电网,电网惯性显著降低,造成故障频发,严重影响光伏并网逆变器的稳定运行。为提高光伏逆变器性能,国家标准规定:电网故障时光伏并网逆变器应满足低电压穿越要求。当电网发生故障时,三电平逆变器与电网之间存在非线性动态耦合,极易引起锁相失效,导致系统故障穿越失败,后果极为严重。为此,本文建立了电网故障情况下三电平光伏并网逆变器功率模型,提出了无锁相环参考电流实时计算新方法,根据电网电压故障类型及故障穿越导则要求,优化逆变器并网电流指令,并辅以快速无差拍电流跟踪控制方法,实现了并网电流快速精准跟踪控制,提高了系统可靠性。在低电压穿越运行模式下,三电平逆变器需发出无功功率,系统功率因数极低,加之逆变器输出电压矢量发生改变,传统中点电压振荡抑制方法存在不可控区域。为此,本文提出小矢量作用力的概念和选择性空间矢量调制策略,根据逆变器输出电压的位置及三相输出电流方向,选取抑制中点电压振荡的有效小矢量集;根据各小矢量作用力大小,确定最优小矢量,并设计开关序列,在全区域范围内有效抑制中点电压振荡。同时,设计了中点电压偏移控制方法,实现了中点电压平衡主动控制,有效提高了低电压穿越运行时逆变器系统的安全可靠性。综上所述,本文在三电平光伏逆变器的漏电流与共模谐振电流抑制、高低频环流与谐振环流抑制、故障穿越运行时的无锁相环并网电流跟踪控制、中点电压平衡控制等四方面重点开展了研究,并取得了创新性研究成果,为保障三电平光伏并网逆变器高效、安全、稳定运行及大规模应用奠定了坚实基础。