基于可控开关的有源前端功率变换器是现代电力系统中不可或缺的重要装置，它作为智能接口，连接公用电网、可再生能源（包括风力发电系统和光伏发电系统）、电能存储系统、电机驱动装置，以及微电网。不仅如此，有源前端功率变换器还可作为有源电能滤波器，抵消原来存在于公用电网中的谐波电流从而向用户提供更为优质清洁的电能。有源前端功率变换器具备电能双向流动、保证高质量电网电流、功率因数可调和直流链路电压方便调节等显著优点。它的主要控制任务为调节直流链路电压至参考值，以及向电网/负载提供所需要的有功/无功功率。影响功率变换器控制性能的两个主要因素为：（1）直流链路的负载扰动；（2）系统参数的不确定性。一方面，连接到直流链路的未知时变负载扰动会引起直流链路电压波动。这个负载的值是不可预测的而且会在大范围内变化，负载的量级和控制器的鲁棒性将决定该直流电压能否恢复到参考值。为了降低负载对系统的影响，一种有效的方法是采用干扰观测器，对负载进行估计，然后利用估计到的负载信息来减弱负载给系统带来的不良影响。另一方面，系统参数的不确定性会导致系统数学模型和实际系统存在偏差，根据数学模型设计的控制器将不能达到理想性能。
　　针对这两个问题，本论文研究了有源前端功率变换器的先进控制策略。一方面，为了降低直流负载干扰的影响，提出了基于干扰观测器的控制策略，即干扰观测器对外界干扰进行实时估计，然后将干扰估计值补偿到控制器中。另一方面，为了提高对系统不确定性的鲁棒性和适应性，采用了滑模控制、自适应控制和H∞鲁棒控制等先进的控制方法。本文所涉及的变换器类型包括三相两电平变换器和三相三电平中性点钳位变换器。论文的主要工作内容如下：
　　首先，为了比较不同种类干扰观测器对于系统直流链路负载干扰的抑制作用，针对两电平功率变换器，在第二章设计了四种不同的干扰观测器，包括线性观测器、滑模观测器、线性扩展观测器和非线性扩展观测器。结果表明，滑模观测器、线性观测器和线性扩展状态器均有良好的干扰估计性能。
　　接下来，在第二章工作的基础上，设计了性能更好的改进型线性干扰观测器，此干扰观测器有两个观测器参数来调节其行为，其中一个用于提升系统的暂态响应而不影响系统的稳态性能，另一个则用于保持系统的稳态性能。将此观测器与PI控制器共同构成电压调节环，使得电压调节环是一个纯线性系统，可以使用经典控制理论的分析方法对系统进行分析，便于在实际工程中应用。为了验证此控制策略的有效性，在一台实际应用的5kW的联网变换器进行了系列负载实验。
　　为了进一步提高电压调节环的控制性能，第四章设计了改进型滑模观测器，与改进型线性干扰观测器相比，非线性的改进型滑模观测器具有更快的收敛速度和对系统不确定性的鲁棒性能。同时采用超螺旋滑模控制器作为电压调节环控制器，更加提升系统的快速性和鲁棒性。通过Lyapunov方法获得了直流电压收敛条件，并且通过仿真和实际联网变换器实验验证了此控制策略的优越性。
　　为了降低参数不确定性给系统带来的影响，第五章在超螺旋滑模控制器中增加自适应律，使得控制参数可以随着不确定参数的变化而不断调整，在此自适应超螺旋算法的作用下，外界干扰时间导数的上限值不需要预先知晓。不仅如此，在电压调节环利用H∞控制技术抑制干扰估计误差对被控直流电压的影响。通过Lyapunov方法获得了直流电压和电网电流的收敛条件。
　　最后，为了拓展研究对象和控制模式，针对三电平中性点钳位功率变换器，分别在电压定向控制和直接功率控制两种模式下设计了控制策略。首先在电压定向控制模式下研究了线性扩展状态观测器对于系统控制性能的提升作用。之后结合线性扩展状态观测器、H∞控制、超螺旋滑模控制和自适应控制设计了直接功率控制策略，获得了直流电压、瞬时有功/无功功率以及电容电压压差的收敛条件，同时由于采用了谐振自适应律，电容电压平衡环的三次谐波干扰被消除。