三电平PWM整流器能实现单位功率因数和低谐波输入电流,在单个开关管承受相同电压应力时输出更高的直流母线电压,在一些中高压场合具有广阔的应用前景。本文以三电平PWM整流器为被控对象,开展无差拍预测功率控制方法和有限集模型预测功率控制方法理论及应用研究。在传统无差拍预测功率基础上提出了一种基于在线扰动补偿的三电平PWM整流器级联式无差拍预测控制策略。该策略内外环均采用了无差拍控制方式,并建立龙伯格观测器分别对功率模型扰动和负载扰动进行估计和补偿,实现有功功率和无功功率的解耦控制以及快速的系统响应。在参数设计方面,采用极点配置方法整定观测器增益,并引入期望周期数对电压环系数进行调节,从而实现内外环较高匹配性。在稳态和动态条件下对所提控制策略进行仿真验证,结果表明,相比于传统的无差拍预测功率控制,所提控制策略可以实现更加准确的单位功率因数和更强的抗负载扰动能力。对于有限集模型预测功率控制,其系统的控制性能依赖于模型和参数准确性。本文首先设计了基于龙伯格观测器的有限集模型预测功率控制,仿真结果表明该策略能有效补偿由于模型近似处理产生的误差。但是,当电感参数失配时,系统控制效果变差。分析可知,在有限集模型预测功率控制方法中,电感失配引起的功率误差在两个相邻的控制周期会因为输入电压矢量不同而改变。然而,龙伯格观测器只能对变化缓慢的扰动量进行准确的估计,当采用有限集模型功率控制策略时它无法准确估计电感变化引起的扰动。因此,进一步采用遗忘因子递推最小二乘法对电感参数进行在线辨识。仿真结果表明,基于龙伯格观测器与电感辨识的有限集模型预测功率控制算法能使得有功功率和无功功率保持良好的解耦效果,并且有效抑制电感变化产生的影响。最后,在三电平PWM整流器实验平台上对基于在线扰动补偿的级联式无差拍预测控制策略进行验证,并与传统的无差拍预测功率控制方法进行比较,实验结果验证了所提方法的有效性。