随着现代电力系统的不断发展,电网频率变化、电压波动和闪变等电能质量问题时有发生;电网电压畸变现象也比以往更加频繁出现。因此,在复杂的电网环境下,三相并网变换器可能工作在非理想的电网电压甚至电压闪变工况。在畸变、不对称等电网电压环境下,采用传统控制策略的三相并网变换器将失去单位功率因数、正弦交流电流和稳定的直流母线电压等性能。在电网电压发生波动或者闪变时,三相并网变换器甚至可能变得不稳定。针对电网典型工,本文从三相并网变换器控制策略的控制结构简化、扰动抵抗能力提升、快速的电网电压闪变响应和系统状态约束等方面,研究三相并网变换器的控制问题,提升三相并网变换器的性能。针对传统具有谐波抵抗能力的电网电压同步方法检测电网电压状态速度较慢的问题,本文提出了一种由低阶Kalman滤波器和低阶FIR滤波器组成的复合滤波方法,实现了对电网电压基波分量准确、快速地提取。研究表明,本文方法的响应速度比传统方法快。本文对典型三相并网变换器的欠驱动特性、解耦矩阵不可逆和非理想电网电压的影响等问题进行了分析研究。本文基于多输入多输出反馈线性化理论解决了三相并网变换器的欠驱动特性、解耦矩阵不可逆等特性导致的反馈律无解的问题。进一步的研究表明:非理想电网电压对三相并网变换器的影响体现在模型扰动和给定畸变两个方面。一方面,高阶三相并网变换器模型或者三相并网变换器的瞬时功率模型中会出现电网电压的导数,由于非理想电网电压的各次分量检测困难,电网电压的导数通常会成为模型不确定扰动。另一方面,非理想电网电压会导致传统给定算法生成畸变的给定。通过对电网与三相并网变换器间的期望功率流的研究,本文提出一种基于谐波注入功率思想的精确给定算法,解决了畸变的给定的问题。这种给定算法以(非理想电网电压下的三相并网变换器)产生或者消耗一定的谐波功率的方式来获得无畸变的网侧电流给定,使得网侧电流谐波抑制从控制问题变为给定问题。这使得控制系统设计时无需考虑非理想电网电压下的三相并网变换器的谐波抑制问题,从而大大简化了控制系统的结构,便于性能优异的跟踪控制方法的应用。基于多输入多输出反馈线性化理论以及精确给定算法,本文提出了一种典型电网工况下三相并网变换器的控制系统通用设计方法,使三相并网变换器适应理想或者非理想的电网环境,既可解决三相并网变换器内动态不稳定等问题的又可得到三相并网变换器统一的反馈线性化模型。这使得跟踪控制器及其参数设计都是可以针对一类三相并网变换器,提高了适用性。基于控制系统通用设计方法,本文基于扩张状态观测器提出了一种改进跟踪控制方法。这种方法包含线性自抗扰功率控制和改进内模控制两种形式,可以有效改善系统的跟踪效果、提高系统抵抗扰动的能力。线性自抗扰功率控制是一种基于直接功率控制思想的线性自抗扰PI控制方法。它结构简单、适用于高相对阶的三相并网变换器,可以使三相并网变换器在理想电网电压下接近单位功率因数运行、在非理想电网电压下有效抑制电流谐波。改进内模控制是通过扩张状态观测器对扰动进行补偿的方式提高内模控制的扰动抵抗能力。这种方法可实现对周期信号的无差跟踪,并且在非理想电网电压下比自抗扰功率控制更有效地抑制三相并网变换器的网侧电流谐波。为了进一步降低跟踪控制器的设计难度,本文根据相对阶为一的三相并网变换器只需反馈系统输出的特性,为改进内模控制设计了降阶扩张状态观测器。针对相对阶为一的三相并网变换器,本文提出了一种的带积分反馈的约束自适应鲁棒控制。约束自适应鲁棒控制可有效约束系统状态,并一定程度上防止网侧电流过流。结合前文的控制系统通用设计方法,约束自适应鲁棒控制可以将三相并网变换器的网侧电流谐波约束在5%以内,同时可使三相并网变换器在理想电网电压下接近单位功率因数运行。理论分析和实验表明,本文提出的通用设计方法可确保三相并网变换器系统的零动态稳定,并且简化控制器及其参数的设计。基于通用设计方法,本文提出的改进内模控制和带积分反馈的约束自适应鲁棒控制都具有一定的抵抗扰动的能力,并能将三相并网变换器的网侧电流谐波控制在5%以内、保证三相并网变换器在理想电网电压下接近单位功率因数运行。本文提出的电网电压同步方法可大幅加快三相并网变换器控制系统在电网电压发生闪变时的响应,从而缩短过渡过程、降低电网电压发生闪变时的不确定性,增强了系统的故障穿越能力、提高了系统稳定性。