有源电力滤波器(active power filter,APF)作为一种高性能的谐波治理装置,可有效抑制谐波、改善电能质量,对电网安全稳定运行具有重要意义。本文以LCL型三电平有源电力滤波器为研究对象,对其系统建模、并网锁相、控制系统设计、系统参数设计等关键问题进行了研究。针对电网非理想工况下传统锁相环性能不佳的问题,提出了一种基于复数滤波器矩阵解耦的锁相策略。结合一阶复数滤波器与相移算子,构建复数滤波器矩阵,通过设计矩阵运算实现正交信号发生器(orthogonal signal generator,OSG)。该OSG模块具备选频与正交信号组提取功能,可在两相旋转坐标轴上有效提取基波分量及其正交分量。设计了输出正负序交叉反馈的滤波结构,实现了原始信号的正负序提取与解耦。将该模块嵌入鉴相环节,进行参数设计与离散化设计,实现电网基波正序电压锁相策略。针对锁相环启动时刻频率估计时间较长的问题提出了“软启动”策略,有效降低过渡时间与暂态波动幅值。仿真与实验结果表明,在电网电压不平衡、畸变、频率波动等非理想工况下,锁相策略均可准确检测频率与相位。为解决三相有源电力滤波器变量耦合和非线性特征,第三章以状态反馈精确线性化算法为基础,提出了一种APF准滑模变结构复合控制方法。建立APF系统的仿射非线性模型,理论计算验证系统模型能控性条件和对合条件。利用微分同胚关系,计算系统坐标变换矩阵,并求解得到了APF模型状态反馈精确线性化表达式。实现了同步参考坐标系上的变量解耦,同时将系统谐振极点配置到原点。针对反馈解耦之后的系统,利用系统相对阶设计滑模函数,并引入饱和函数构建准滑模控制器。对系统结构与鲁棒性进行详细分析,完成控制器参数设计。将直流侧电压分为两级控制,采用功率PI控制器对全局电压进行控制,设计负序电流控制器对相间电压平衡进行控制。利用仿真和实验对算法的动稳态性能与抗扰性进行了验证。为提高控制系统性能,本文提出了基于降阶状态反馈精确线性化的APF电流双闭环控制策略。首先对LCL状态反馈有源阻尼机理与反馈方案进行了分析。在LCL建模与无源阻尼机理的基础上,从传递函数零极点配置角度,针对六种单状态反馈推导了反馈传递函数形式与相同阻尼效果反馈系数,详细分析了每一种反馈的可行性与改造方案,得到了各方案之间的转化关系与优缺点,为控制设计提供理论依据。在此基础上,分别以滤波电容电压为输入输出,构建两个降阶状态反馈精确线性化子系统。设计双闭环控制,外环为网侧电流控制,内环为滤波电容电压控制,在跟踪控制的同时实现了单状态反馈有源阻尼效果。根据APF系统性能,完成控制器参数设计。仿真与实验结果验证了控制算法的有效性。系统参数的选择对APF系统补偿特性与高频滤波性能有重要影响。本文对系统直流电容参数与LCL滤波器参数进行详细分析,提出了一种基于限制条件的三维图解LCL参数设计方案。根据谐波变化率计算谐波跟踪速度限制,随后通过计算得到APF桥臂输出电压、逆变器侧电流与网侧电流各次谐波含量,以最大单次谐波值代替高频总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)模型作为高频谐波限制,综合得到LCL滤波器参数限制条件。建立限制条件函数,利用3维图解的方式对三个参数同时设计,在3维空间得到参数取值范围,并通过了仿真对比验证。