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近年来,数字信号处理器(Digital Signal Processors,DSP)和现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等器件的快速发展推动了一些高级控制算法在逆变器并网控制领域的应用。其中,有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)算法具有动态响应快、无超调、非线性和多目标控制等优点,因而在逆变器并网控制领域引起了广泛研究。但是FCS-MPC存在开关频率不固定和控制精度低的问题,使得并网滤波器的参数难以设计,同时在低调制比工况下,入网电能品质难以得到保证。本文主要研究解决FCS-MPC算法应用于三电平逆变器并网控制时开关频率不固定和控制精度低的问题。根据FCS-MPC算法的基本原理,首先建立了三电平逆变器直流侧中点电压和交流侧入网电流的预测模型,并构建了多控制目标的目标函数。在此基础上,分析了计算和采样延时对电流跟踪控制的影响,并提出采用两步预测计算法对延迟进行补偿。同时结合参考电压矢量计算和扇区划分,对三电平逆变器的基本电压矢量进行离线预选,以实现降低在线寻优计算量的目的。其次,分析了基于基本电压矢量输入控制集合的FCSMPC开关频率不固定和电流跟踪精度差的原因,提出了一种基于合成虚拟电压矢量控制集合的FCS-MPC解决方法。在此基础上,优化了合成虚拟电压矢量的矢量作用序列以降低了开关损耗,并且采用分段法建立了三电平逆变器输出虚拟电压矢量时的中点电压预测模型。进一步地,出于降低在线寻优计算量的目的,同样地结合参考电压矢量计算和扇区划分对虚拟电压矢量进行离线预选,并且建立了预选虚拟电压矢量表。最后,基于参考电压矢量引入参考电压矢量圆的概念,分段制定出了虚拟电压矢量合成系数δ与调制比M的关系,为合成系数δ的在线计算提供依据。本文设计了一套基于二极管中点箝位式三电平逆变器拓扑的并网实验平台,静态和动态并网实验结果表明,本文所提出的基于虚拟电压矢量输入控制集合的FCS-MPC具有动态响应快且无超调的优点,同时能够集中三电平逆变器桥臂输出电压频谱,有效地提高入网电流跟踪精度,降低入网电流畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)。对比性实验结果进一步表明,当调制比变化时,相较于基本电压矢量输入控制集合,本文提出的方法能够取得更低的电流THD和更高的电流跟踪精度,切实有效地提高了入网电能品质。