传统化石能源紧缺和全球能源消费不断增加,极大促进了以光伏发电为典型代表的新能源发展。作为光伏发电系统与大电网的核心接口装置,三电平正全面取代两电平成为逆变器首选拓扑,并以非隔离方式接入电网换取更高效率,但该接入方式易导致漏电流问题而危及人身安全。与此同时,随着光伏发电的大规模接入,当电网暂态故障引起并网点电压跌落时,光伏逆变器需具备一定的低电压穿越能力以支撑电网恢复;然而,并网点电压的不平衡跌落会对三电平逆变器并网控制中的锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)、电流控制和中点电位平衡调制策略等造成不同程度的影响甚至恶化,从而制约对电网的支撑力度。因此,本文以非隔离型三电平光伏并网逆变器为研究对象,对电网故障下三相锁相环、漏电流抑制、中点电位平衡调制策略以及低电压穿越等关键技术进行研究。主要研究内容及成果如下:(1)在光伏并网逆变器三相锁相技术方面,针对电网故障可能会出现的不平衡、谐波畸变、频率和相位跳变以及直流偏置等状况而形成的非理想电网电压,提出一种以滑动平均滤波器(Moving Average Filter,MAF)充当前置滤波器(Prefilter)的频率自适应改进型PMAF-PLL。在同步旋转坐标系下对MAF滑动长度进行了重点优化,从而快速滤除三相电网主要存在的6n±1次谐波,并设计成在线调整的非整数阶MAF以适应电网频率变化;基于通用二阶复矢量滤波器对基波电压进行快速正负序分离,结合该滤波器的特点设计了直流偏置抑制模块,以获得基波正、负序电压;借助常规PLL实现正序电压幅值、频率和相位的正确获取;最后提出一种补偿负序电压幅值和相位的简单实用方案。通过对非理想电网电压进行以上分步处理,快速获取了基波电压正负序分量及相位信息,为并网逆变器高性能运行提供了可能。(2)在非隔离型三电平光伏并网逆变器的漏电流抑制和中点电位平衡方面,提出一种能同时兼顾两者的混合调制策略。漏电流成因分析表明,结合成本最小化的硬件滤波,可通过优化调制策略来抑制共模电压而减小漏电流,并同时实现三电平中点电位平衡。在前人研究基础上,提出一种基于双虚拟中矢量的空间矢量调制策略,在共模电压幅值上与大、中、零矢量调制(Large Middle Zero Vector Modulation,LMZVM)相同,在对中点电位作用上与其相反,从而与LMZVM调制相互配合构成混合调制策略,具备全调制度范围和任意功率因数的适应性;可在电网故障下有效消除中点电位的直流偏移并使其交流低频波动限制在设定值范围内,同时具有较好的共模电压抑制能力,进而减小漏电流,满足相关技术规范要求。(3)针对组串式三电平光伏并网逆变器为两级式拓扑且多应用于中小功率分布式发电的特点,研究一种简单实用、以逆变器自身保护为主的低电压穿越技术。所采用的低电压穿越控制策略以输送规定的最低无功为前提,依据电网电压跌落程度以及光伏阵列的当前输出功率,在最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和非MPPT两种控制模式间切换,有效控制直流母线电压,确保逆变器安全运行。(4)以大型光伏电站为背景,研究其接口装置集中式三电平光伏并网逆变器应对远距离电网故障的低电压穿越技术。提出一种完整的低电压穿越控制策略,该策略以三相电网电压灵活支撑、电压不平衡削弱为控制目标,并带有并网电流峰值限幅功能。所提策略通过正负序电流的有效组合来给电流内环生成新的无功电流参考指令,可在抬升公共连接点(Point of Common Coupling,PCC)正序电压的同时减小负序电压;提出一个电压支撑控制外环,并为其设计了两个自适应调整不平衡度、实时在线计算的PCC相电压幅值参考指令,可恰当地使不平衡跌落的PCC电压恢复到正常运行的允许范围;此外,采用优先注入正序无功电流的电流峰值限幅措施,可有效避免跌落深度超出光伏电站支撑能力情况下的逆变器过流问题。综上所述,本文深入研究了电网故障下非隔离型三电平光伏并网逆变器的若干关键技术,为逆变器应对电网故障提供了理论依据,对维持其高性能运行以及提升其灵活参与大电网无功支撑提供了实现途径。