电力工业作为支撑国民经济和社会发展的基础产业，是国家的公共事业，并且电能是最广泛使用的能源，其应用和发展也是一个国家发展水平和综合国力的重要标志。随着国民经济快速发展，电力系统中各种非线性设备的使用为电能提供高效节能的控制途径，同时也不可避免的造成了电网供电环境的污染，出现了电压畸变、不平衡、闪变、波动和频率偏差等诸多电能质量问题。首先，本文介绍了电能质量相关技术标准和电能质量补偿技术的基本原理。有源电力滤波器、静止同步补偿器用于补偿谐波和无功，动态电压恢复器用于抑制动态和稳态电压的跌落、浪涌和闪变，并网变换器越来越广泛的应用到电能质量控制领域，在增强用电效率和改善电气环境中发挥了重要作用。测控技术是并网变换器的核心，而要完成并网变换器的控制，就必须先同步电网相位，跟踪电网频率。于是引出了本文主要探讨的问题：如何在复杂的电网环境下快速、精准和稳定地锁定电网电压正序基波相位，英文文献大部分称作电网同步技术。其次，建立了模拟锁相环环路数学模型，得到了锁相环的传递函数，分析了锁相环环路时域跟踪性能和频域跟踪性能。本文在建立锁相环模型之前简单的介绍了锁相环主要组成部分，包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。针对环路滤波器采用RC积分滤波器、无源比例积分滤波器和有源比例积分滤波器进行了具体分析。基于数字信号处理技术的发展，同步旋转技术在软件中便于实现，目前大部分并网变换器都采用基于同步旋转坐标系的软件锁相环技术，由于传统的单同步参考坐标锁相环在电网不平衡条件下无法消除锁相误差，双同步坐标系软件锁相环基于正、负序同步旋转变换和解耦算法模块，利用正、负序同步变换结果交差解耦抵消负序基波分量造成的二次波动相角误差，实现了正、负序分离。最后，根据同步旋转坐标变换频率偏移特性，本文采用数学方法分析了不平衡、谐波和直流偏置产生的锁相误差，同时发现在电网电压正序基波频率变化时，会产生低频的相角波动误差，谐波点偏移，引出了锁相环频率适应性问题。针对复杂环境下的电网同步技术，本文将其归纳为软件锁相环前置滤波技术和环内滤波技术两大方案。前置滤波技术先研究了开环同步算法滤波；然后介绍了多重广义积分器算法滤波，该算法还可以分离正、负序。环内滤波技术采用在锁相控制环内加入陷波器、超前校正器和滑动平均值滤波器滤除波动误差。通过仿真验证了两种滤波技术方案，重点研究了锁相环频率自适应性问题，分析了基波频率变化时的稳态误差。基于TMS320F2812芯片搭建了同步锁相环系统，编写了软件锁相环程序，分别对单同步旋转坐标系软件锁相环、双同步旋转坐标系软件锁相环和单同步环内滑动平均值滤波软件锁相环进行了实验验证，给出了在电网电压单相接地的情况下，锁相系统工作的稳态和动态的实验波形。