随着现代工业技术的迅速发展,非线性负载的不断增加导致电网中产生大量谐波,严重影响了电力系统的稳定运行和同步信号的准确提取。同步信号(电压正负序分量、频率、幅值和功率等信息)快速、精确的提取在提高电能质量方面具有十分重要的意义,目前在电压不对称和谐波存在等非理想情况下同步信号的精确提取已成为电力系统中的一大挑战。本文首先分析了基于二阶广义积分器锁频环(Second order general integrator-frequency locked loop,SOGI-FLL)的锁频性能,针对电网存在直流分量和谐波时SOGI-FLL方法锁频性能下降的问题,分别提出了基于改进SOGI-FLL和自适应SOGI-FLL(Self-turning SOGI-FLL,SSOGI-FLL)的锁频方法,实现了直流分量和未知次数谐波下精确、快速的锁频。其次分析了基于双二阶广义积分器锁频环(Dual second order general integrator-frequency locked loop,DSOGI-FLL)的基波正负序提取方法,为了改善三相电压不对称程度较大、未知次数谐波条件下基波正负序分量的提取精度,提出了基于改进DSSOGI-FLL的基波正负序提取方法,仿真验证了所提方法的准确性。再次通过将MSOGI-FLL(Multiple second order generalized integrator-frequency locked loop,MSOGI-FLL)方法和瞬时功率理论相结合,提出了谐波条件下有功功率和无功功率分别计量新方法,该方法首先通过MSOGI-FLL方法提取出电压、电流的基波和各次谐波分量以及对应的正交分量,再采用瞬时功率理论计算出基波和各次谐波的瞬时有功功率和无功功率。最后,搭建了基于STM32F407为核心的同步信号提取系统实验平台,完成了系统的硬件设计与开发,编写了相应的软件程序。在上述实验平台的基础上,对所提出的SOGI相关算法在谐波条件下进行了详细的实验研究。实验结果表明,所提出的SOGI相关算法在谐波条件下能实现同步信号准确、快速的提取和估计,验证了所提出算法的准确性和有效性。