为缓解不断增加的能源需求与传统化石能源对环境破坏的矛盾,大力推进新能源技术与应用已成为世界各国能源战略的重要内容。并网变流器作为联结新能源电源与电网的接口,其运行模式和控制策略一直是分布式发电技术领域的重点研究内容。随着新能源发电系统在电力系统中的渗透率不断提高,对并网变流器的控制已延伸出某些特定的性能或功能要求,如应具备低电压穿越能力、孤岛保护功能等。特别地,当电网发生故障时,大量并网变流器脱网将会严重威胁电网的安全运行,研究短时电网故障下维持变流器并网运行的工作模式和控制策略,对于提高供电安全、支持电网故障恢复具有重要意义。当电网发生故障时,电网电压将产生瞬时跌落,也可能不再是理想对称三相电压,并网变流器将承受负序电压、负序电流、直流母线电压的剧烈波动,甚至可能因过电压或过电流而损坏。本文以使三相并网变流器具备穿越电网短时故障的能力为研究目标,从电网故障条件下同步信号提取方法、并网电流控制方法、功率支撑控制策略和具有电网故障下运行能力的并网变流器稳定性运行区域分析四个方面,对并网变流器在电网故障下的控制策略展开了深入研究。有效、准确的同步是并网变流器可靠并网的保障。针对发生故障时,电网电压中含有负序和谐波成分,影响对电网电压幅值、相位和频率信息的准确提取,本文提出了一种基于扩展反馈结构的多通道同步信号提取方法。相比于现有方法,所提出的方法结构简单,且正、负序和谐波电压信息能够同时在同步和静止坐标系下输出。该方法能够在电网电压含有负序、谐波情况下均能准确快速地获取电压幅值、相位和频率信息,且在电网暂态过程中也具有良好的动态跟踪性能。为使分布式发电系统具有补偿故障电网电压跌落的能力,并网变流器应能够独立控制正序、负序无功功率的输出,即具有独立控制正负序输出电流的能力。本文提出了一种直接PI双同步坐标系正负序电流控制方法,该方法不需要复杂的解耦网络和滤波器来消除dq轴下的二倍工频波动,也不需要对参考值进行重建,在保持较好的动静态性能的同时,简化了控制器结构。电网故障时并网变流器面临直流母线电压波动、输出过流等恶劣工作环境,为保障并网变流器的安全运行并实现对并网变流器功率容量的优化利用,本文在分析并网变流器安全运行约束和安全运行能力的基础上,探讨了功率控制参考值界限划定的原则,提出了一种考虑安全约束的电网故障下并网变流器功率控制策略。该控制策略通过合理配置功率参考值中的正负序分量比例,优先输出无功功率以补偿电网电压跌落,并充分利用并网变流器剩余容量输出有功功率以缓解直流侧功率不平衡的压力,在保证并网变流器安全运行的前提下实现了对电网电压的支撑。最后,本文探讨了具有电网故障下运行能力的并网变流器稳定运行区域。论文建立了具有电网故障下运行能力的并网变流器的小信号阻抗模型。通过模型分析,讨论了不同锁相环带宽和短路比情况下系统的稳定裕度。稳定性分析结果进一步显现了基于可扩展反馈结构的同步信号提取方法在非理想电网条件下的应用优势。