固态变压器(Solid State Transformer)是随着电力电子技术和能源互联网的发展而迅速兴起,通过电力电子变换实现电压变换和能量传递的新型变压器,可提供分布式可再生能源、能量储存装置与负载的接口,能实现新能源系统间的灵活接入和兼容管理,被麻省理工评为有望在未来改变世界的10项新兴技术之一。目前主要采用线性控制方法实现固态变压器的控制,由于固态变压器的本身就是非线性系统,基于小扰动假设的线性控制方法在系统偏离静态工作点较远时,不能达到设计要求,甚至会发生系统不稳定现象,使变压器无法工作。其次,固态变压器运行时,不可避免地受到系统未建模动态和外界干扰的不确定性影响,而线性控制方法不能构建包含不确定性信息的控制器模型,极大地限制了固态变压器性能的进一步提升。针对固态变压器所存在的问题,本文对固态变压器逆变级的复合非线性控制方法进行了深入研究,并进行了系列仿真和实验,实验结果表明,本文所提控制策略正确有效,可以保证固态变压器在全局范围内稳定,且对系统未建模动态和外界干扰有极强的鲁棒性。具体研究内容如下：采用状态空间平均法建立了固态变压器逆变级的状态空间与小信号动态数学模型；推导了控制参量到输出的传递函数；设计了固态变压器逆变级电压电流双闭环控制系统。并对该系统进行了仿真和实验,结果表明,系统具有良好的稳态性能和直流电压扰动鲁棒性,但动态响应不理想,尚不能满足系统快速性和非线性负载情况下的实时性要求,需要采用更为先进的控制方法来提高逆变级控制性能。提出了一种适用于逆变级的反步滑模控制复合控制方法。在逆变级连续数学模型的基础上,以逆变级的输出滤波电容电压及其导数为状态变量,建立了符合反步设计所需的具有参数严格反馈形式的非精确数学模型。其次,在反步法设计的最后一步,利用滑模变结构方法,选取滑模面及指数趋近律,设计了系统的反步滑模反馈控制律。并对该系统进行了实验测试,结果表明,采用本文所提控制方法构造的逆变级系统,对参数摄动和系统动态干扰具有较强的鲁棒性,且具有良好的稳态和动态性能。基于本文所提出的反步滑模控制策略,虽然极大地改善了逆变级系统的参数摄动鲁棒性,但仅适用于阻性负载,从而限制了该方法的应用范围。为了使逆变级适用于阻性、阻感性和非线性等各类负载,本文仅把负载电流处理成逆变级的一个外部扰动量,建立了采用负载电流作为变量的逆变级数学模型,但该模型不符合反步法所需的参数严格反馈形式,因此,本文提出了基于反馈精确线性化的固态变压器逆变级反步控制方法,首先通过状态反馈精确线性化方法,将逆变级完全线性化为参数严格反馈形式的系统,然后再应用反步法设计,实现了对各种负载的自适应控制。实验结果表明,采用本文所提出的基于反馈精确线性化的固态变压器逆变级反步控制方法能够适应各类负载,且均能保持良好的正弦波形输出和极低的谐波含量。固态变压器逆变级是周期性变结构系统,滑模控制对逆变级具有强适用性,但常规滑模控制中的“抖振”问题会使输出波形中含有大量高次谐波,严重影响波形质量。因此,本文提出了基于滑模观测器的固态变压器逆变级滑模控制方法。在逆变级大信号模型基础上,将系统分解为电压外环滑模控制子系统和电感电流内环比例控制子系统。同时,本文提出了负载电流滑模观测方法,将负载电流扩张为一个新的状态变量,以输出电压误差为滑模面,对负载电流进行观测,并将观测值作为补偿量对负载电流扰动进行前馈补偿,从而减小了输出电压子系统滑模控制器中切换增益,削弱了系统“抖振”。实验结果表明,该控制方法有效削弱了传统滑模控制的“抖振”,提高了固态变压器逆变级工作稳定性、响应快速性和扰动鲁棒性。