随着传统能源的枯竭和环境问题的日益突出,促使可再生能源对电网的渗透率不断提高。太阳能、风能这样的可再生能源具有间歇性、波动性以及不可预测性的特点,难以持续、稳定、高效地输出电能。分布式发电(DG)是可再生能源并入主电网的主要方式,锁相环(PLL)是实现并网同步控制的关键技术之一。非理想电网电压会受到频率阶跃、相位跳变、不平衡以及谐波等不良因素影响,PLL性能的优劣会直接影响到DG系统稳定性及输出电能质量。为此,本文以三相PLL为研究对象,旨在设计满足非理想电网条件下的新型PLL,实现快速、准确地检测电网电压的频率和相位。为研究和设计新型PLL,本文对同步旋转坐标系锁相环(SRF-PLL)进行全面研究,详细推导阐述SRF-PLL的同步原理、分析SRF-PLL的动态和稳态响应特性、明确三相输入扰动电压在不同坐标系下的谐波表现形式。仿真结果验证SRF-PLL理论分析的正确性及滤波性能与响应速度之间的相互限制作用。针对SRF-PLL在电压不平衡和谐波下无法精确检测电压的频率和相位问题,为实现对电压基波正序分量的精确检测,研究了电压不平衡下基波正负序分离法。SRF-PLL在静止坐标系下引入交叉耦合双复系数滤波器(DCCF)是一种分离和提取电压基波正负序分量的有效方法,然而复系数滤波器为带通滤波器,滤波效果不理想。本文提出一种基于交叉耦合DCCF的改进型PLL设计方法,将具有电压幅值无衰减、零相移特性的多变量滤波器(MVF)配置于交叉耦合DCCF结构前端,以此来增强PLL的滤波能力,设计出一种改进型PLL结构。同时,给出推导的改进型PLL小信号模型用以参数设计,并通过仿真验证改进型PLL的有效性和鲁棒性。为消除电压直流偏置对PLL同步性能的影响,实现对不平衡电压、奇次和偶次谐波的高效滤除。基于对滑动平均滤波器(MAF)和延时信号消除(DSC)滤波原理和特性的研究,提出一种混合滤波的PLL设计方法,该方法将αβDSC2和MAF分别作为设计PLL的环外和环内滤波器,并针对频率偏移时,αβDSC2引起的相位误差,设计补偿误差的前馈通道。混合滤波PLL能够消除非理想电网扰动的同时,实现了快速精确地检测电网电压的频率和相位。为补偿MAF引起的相位滞后,提出级联超前相位补偿器的方法来改进混合滤波PLL的结构,所提方法显著提高了 PLL系统的响应速度。此外,基于推导的小信号模型对设计的PLL参数进行优化设计。最后,通过仿真和数值结果验证提出方法可行性和有效性。