当变流器的结构形式确定时,其性能的优良则主要取决于控制策略。可见,对含有电力电子变流器的非线性系统开展控制策略研究具有重要的意义。尽管目前已经出现了多种关于变流器的控制策略,但其控制性能还需进一步提升,然而基于能量控制的无源控制技术为非线性系统的控制器设计开辟了一条新思路。相对于其它控制技术无源控制是一种复合控制技术,具有可调控制参数少、动态性能好、鲁棒性强以及能保证控制系统在大范围内稳定等优点,然而美中不足的是其稳态性能较依赖控制对象的建模精度。在实际工程中控制对象的精确数学模型往往无法获得,所以在此种情况下其较难实现对指令信号的零稳态误差跟踪,尤其对宽频带的指令信号进行多频跟踪时,这种因建模误差而导致的稳态跟踪误差会更加显著。因此,将无源控制拓展到频谱上进行深入研究不仅对实际应用具有重要意义,而且也给电力电子装置的频域多目标控制提供了一种研究方案;另外,以往关于在频域上进行无源控制以及高阶变流器系统的无源控制研究未有报道,然而随着变流器系统的高阶化,开展高阶系统的无源控制研究同样也具有重要的现实意义。鉴于此,本文选择具有代表性的统一电能质量控制器(UPQC)作为控制对象,旨在围绕无源控制技术在频域上展开多方面的深入研究。第二章提出了基于快速傅里叶变换(FFT)的UPQC频谱建模方法。采用该方法能实现对串并联侧变流器交流数学模型的频谱分解,从而方便进行指定频率控制,同时也实现了从交流控制到多频直流控制的变换。另外,该变换方法不仅适用于三相三线系统也适用于三相四线及单相系统,并且对三相系统进行变换的过程中不产生相间耦合(方便实现分相控制),变换前也不要求系统的每相模型参数(如输出滤波电感、电容、线路电阻等)对称,这些优点克服了传统采用瞬时功率变换技术建模时相应的缺点。本章也证明了 UPQC在频谱上的多频直流模型满足无源性条件,所以可对其进行多频无源控制。第三章提出了低阶系统的零稳态误差多频无源控制器的设计方法。首先提出将传统无源控制理论拓展到频域上对并联侧变流器进行多频无源控制,即在频谱上实现对并联变流器电感电流的指定频率控制,同时研究了控制参数选取依据及其动静态性能;然后详细分析了传统理论设计的多频控制器稳态性能对变流器建模精度的依赖程度,据此又提出了改进型多频无源控制器设计方法。最后,在实验部分也提出了一种非正弦不平衡电压时变流器直流侧电压的控制方法,并且对比了在未知变流器精确模型时改进前后控制器的性能,结果表明改进后的多频无源控制器不仅实现了对并联侧变流器指定频率电流的零稳态误差控制,而且保留了无源控制优异的动态性能。第四章首先提出一种高阶系统的零稳态误差多频无源控制器(称之为多频级联无源控制器)设计方法。同样,首先将传统的无源控制理论拓展到频域上对串联侧变流器(属于高阶系统)进行多频级联无源控制,即在频谱上实现对串联变流器电容电压的指定频率控制。经分析传统理论设计的多频级联无源控制器稳态性能也依赖串联变流器的建模精度,所以又提出了改进的多频级联无源控制器设计方法;最后通过物理实验对比了在未知变流器精确模型时改进前后控制器的控制性能,结果表明改进后的多频级联无源控制具有优异的动静态性能。第四章又提出了另一种高阶系统的零稳态误差多频无源控制器(称之为多频高阶无源控制器)设计方法。同样按照级联无源控制器的研究方法和步骤对其进行理论分析和实验验证,实验结果表明所提的控制器也实现了对指定频率电容电压的零稳态误差控制,并且具有优异的动态性能。两种设计方法各有优点,前者可实现高阶系统的模块化设计,后者可使控制器硬件设计得到简化。第五章首先对UPQC装置的硬件设计、软件控制方法及指令信号的提取进行了研究。然后在T型中点电压钳位(T-NPC)三电平制成的UPQC样机上进行了诸多电能质量综合控制实验,包括在非线性不平衡负载条件时,多种电压质量问题(暂升、暂降、不平衡、平衡含背景谐波以及不平衡且含背景谐波等)产生时的实验验证,实验结果表明所提的多频无源控制技术是可行的。