人类社会的发展离不开对能源的利用,化石能源是人类主要利用的能源,包括煤、石油和天然气。然而,化石能源具有不可再生性,其储存量随着人类的开发而急剧下降,在不远的未来化石能源将完全耗尽。此外,在对化石能源的利用过程中会产生污染,降低环境质量。近年来,为了应对全球性的能源和环境危机,世界各国都在积极开发各类可再生能源,太阳能光伏发电因具有储存量大、分布广泛、清洁环保、维护简单等优势而得到了广泛的应用。大型并网光伏电站可以对太阳能进行集中高效利用,有利于扩大太阳能光伏发电规模,从而成为了近期太阳能光伏发电的重点。随着大型并网光伏电站的规模逐渐扩大,许多国家都制订了严格的并网准则以保证电网安全,为了满足光伏电站的并网准则同时保证光伏电站的安全运行,需要对大型并网光伏电站的故障穿越与控制关键技术进行研究。因此,本文在分析大型并网光伏电站结构的基础上,通过理论分析和仿真实验验证,分别针对大型并网光伏电站的故障穿越方法与控制方法展开了研究。提出了一种适用于锁相环的直流分量快速抑制方法,利用相邻采样点的相关计算,可以快速地滤除直流分量,达到快速、准确检测大型光伏电站并网点电压基波分量信息的目的：在准确锁相的基础上,提出了一种适用于光伏电站低电压穿越的电压检测算法,可以在大型光伏电站并网点电压出现三相不对称跌落、谐波干扰、频率变化以及相角突变时快速、准确地检测电压跌落幅度,同时可分相检测三相并网点电压的幅值,为准确进行无功补偿提供依据,最终可以辅助光伏电站实现低电压穿越；为了在实现光伏电站低电压穿越的同时实现孤岛检测,提出了一种低电压穿越与孤岛同步检测的无功功率扰动算法,仅使用该方法即可同时完成光伏电站的低电压穿越与孤岛检测两种功能,与典型方法相比,检测系统复杂程度大幅降低,同时检测结果更为统一,检测时间也有显著的缩短。具体研究内容如下：(1)三相逆变器的锁相技术研究。锁相环是三相光伏并网逆变器控制系统的一个重要组成部分,其可以保证三相光伏并网逆变器的输出电流与并网点电压同频同相,从而保证大型并网光伏电站的准确并网。本文分析了锁相的原理、锁相环分类以及常见的三相锁相环。基于同步参考坐标系锁相环在并网点电压出现各类畸变,譬如电压三相不平衡、频率波动、相角突变以及谐波干扰时,无法快速、准确地完成锁相任务。因此,本文介绍了几种新型的锁相环,包括多参考系锁相环(multiple reference frame phase-locked loop, MRF-PLL)、解耦双同步坐标系锁相环(decoupled double synchronous reference frame phase-locked loop, DDSRF-PLL)、二阶广义积分器的锁相环(second-order generalized integrator phase-locked loop, SOGI-PLL)、双二阶广义积分器的锁相环(double second-order generalized integrator phase-locked loop, DSOGI-PLL)、增强型锁相环(enhanced phase-locked loop, EPLL),以上锁相环在并网点电压存在畸变时可以对并网点电压信息进行准确地检测。并网点电压中可能存在的直流分量也会影响锁相环的正常工作,直流分量的产生原因有多种：1)控制系统反馈通道的零点漂移会产生直流分量；2)系统发生故障时,电网电压会存在衰减的直流分量；3)元件参数的不一致也会产生直流分量,比如逆变器的各个元件参数的开关特性不同,从而导致输出的正弦波不对称,即输出信号中存在直流分量。本文分析了几种典型的可消除电压直流分量的锁相环,以上锁相环消除电压直流分量的原理是利用积分分支对并网点电压中的直流分量进行计算,然后由采样电压信号减去计算得出的直流分量值,从而得出基波电压信号。由于典型的可消除电压直流分量的锁相环动态响应速度较慢,故本文提出了一种新的直流分量消除方法,可以快速地滤除电压中的直流分量。将基于该方法的直流分量消除模块应用于三相锁相环后,改进的三相锁相环可以快速、准确地检测并网点电压基波分量的幅值与相角,满足大部分对检测时间要求较高的应用需求。当并网点电压中谐波含量较大时,可以在改进的三相锁相环基础上再添加基于串联延时对消原理的串联延时对消模块,消除低次谐波的影响。此外,在并网点电压的畸变(直流分量和低次谐波)出现和消失时本文所提出的改进锁相环都可以对并网点电压信息进行准确地检测。(2)低电压穿越的电压检测技术研究。本文介绍了电压跌落的定义、电压跌落的分类以及我国低电压穿越规则。然后介绍了四种基本的电压跌落检测方法(有效值计算法、峰值算法、离散傅里叶算法以及基于同步参考坐标系锁相环)的电压跌落检测原理,并通过仿真分析了基于同步参考坐标系锁相环在不同并网点电压条件下检测并网点电压幅值的实时性与准确性。通过分析发现基本的电压跌落检测方法在并网点电压畸变时很难准确检测并网点电压幅值,进而分析了一些电压跌落检测方法的改进方法,改进后的电压跌落检测方法性能有所提高。通过分析我国光伏电站的低电压穿越规则(GB/T 19964-2012),指出电压跌落深度的检测时间要尽量缩短,为无功电流的发出留下充裕的时间,而现有的电压跌落检测方法很难满足我国低电压穿越规则的要求,针对我国低电压穿越规则对电压跌落检测快速性的要求,提出了一种新的适用于大型光伏电站低电压穿越的电压跌落快速检测方法,其由一个基于同步参考坐标系锁相环和两个电压检测模块组成。快速检测模块由最大值点追踪子模块与过零点追踪子模块组成,通过对并网点电压最大值点与过零点的追踪,可以在并网点电压正常时快速(5ms之内)检测并网点电压幅值。准确检测模块在快速检测模块的基础上添加串联延时对消模块,可以消除常见低次谐波,进而检测并网点电压幅值。本文分析了在并网点电压频率出现变化对本文所提出的并网点电压幅值跌落检测方法的影响。然后提出了该电压跌落检测方法的控制流程图,进而提出了一套逻辑算法,该算法可以提高光伏并网逆变器无功补偿的快速性与准确性。本方法可以在并网点电压出现三相不对称跌落、谐波干扰、频率变化以及相角突变时快速准确地检测并网点电压跌落幅度,同时可分相检测三相并网点电压的幅值,为准确进行无功补偿提供依据。综上,本文所提出的并网点电压跌落检测方法可以使光伏并网逆变器满足新国标对低电压穿越的要求。(3)大型光伏电站的孤岛检测技术研究。本文介绍了孤岛的定义、孤岛发生的原因及危害以及孤岛检测的原理。然后介绍了三种远程孤岛检测方法(传输断路器跳闸信号法、电力线路载波通信法以及阻抗插入法)、四种被动孤岛检测方法(过/欠电压孤岛检测法、过／欠频率孤岛检测法、谐波孤岛检测法、电压相角突变孤岛检测法)、五种主动孤岛检测方法(阻抗测量法、有源频率偏移法、带有正反馈的有源频率偏移法、滑模频率偏移法、输出功率扰动法)的工作原理。此外,还分析了孤岛检测失败的原因。低电压穿越规则提出后,光伏电站需要同时完成低电压穿越与孤岛检测,现有的低电压穿越方法和孤岛检测方法无法进行简单的功能组合以实现两者的同步检测。所以本文提出了一种由双二阶广义积分器的锁相环、功率扰动模块以及孤岛检测模块组成的无功功率扰动方法。该方法首先由双二阶广义积分器的锁相环对光伏电站的并网点电压幅值和频率进行检测,然后控制光伏电站输出无功电流,同时利用输出的无功功率进行功率扰动,可同时满足低电压穿越运行与孤岛快速检测的要求。所提出的方法与现有方法相比,检测系统复杂程度大幅降低同时检测结果更为统一,检测时间也有显著的缩短。本方法可以在光伏电站额定运行与非额定运行时,准确区分光伏电站的孤岛状态与低电压状态,进而对光伏电站实施准确的操作,保证光伏电站的安全运行。此外,在光伏电站出现特殊运行工况时,本文所提出的无功功率扰动方法的有效性和实用性依然可以得到保证。