随着能源危机和环境污染的加重,风能、太阳能等新能源的开发和利用成为时代的焦点,三相双向变流器作为分布式发电系统中与电网相接的设备起着至关重要的作用。锁相环技术常用于控制系统中检测电网电压的相位和频率,但由于电网电压存在不平衡和畸变的问题,锁相角的计算会产生一定的误差。因此,研究三相变流器的无锁相环控制策略成为电力电子领域的一大热点。本文首先介绍了锁相环技术和无锁相环技术的研究现状及发展趋势,同时分析了不同电网电压情况下的常规锁相环的锁相误差。本文设计并完成了一台18kVA全数字控制的三相双升压/双降压变流器,针对常规锁相环容易受电网电压影响的这一问题,提出两类变流器的无锁相环控制策略:直接功率控制和直接电流控制,并建立数学模型验证其可行性。仿真与实验证明,与锁相环控制策略相比,无锁相环控制策略能够快速精确地从不平衡以及含有畸变的电网电压中分离出基波正序分量,提高系统在电网电压不理想条件下的运行能力。之后本文从锁相效果、适用范围、算法复杂性以及动态响应速度等角度对提出的无锁相环控制策略进行对比。为了解决电网角频率出现偏差时对基于二阶广义积分器的无锁相环控制策略的影响,提出了一种基于二阶广义积分器的锁频环控制策略,建立了其在频域上的数学模型,并分析了其动态响应性能。仿真和实验表明,该锁频环只需采用负增益系数的积分器即可实现频率锁定,适用于变流器的不平衡控制、谐波抑制以及频率突变的场合。最后,采用常规锁相环控制和锁频环控制策略在实际电网情况下进行变流器双向运行实验对比,证明了本文提出的新型锁频环的优越性。