电力电子技术的发展使人们对电能变换和控制的能力越来越强，电能利用的效率也越来越高，对各种电能变换器的研究已经成为热点。但是，电力电子非线性负载也对电网造成了严重的影响，引起了电压和电流谐波、无功损耗、三相不平衡等多种电能质量问题，对用电设备造成了严重危害。三相四线制系统在工业和民用电力系统中广泛应用，其谐波、中线电流和三相不平衡问题日趋严重，造成各种事故。对三相四线制系统中的上述畸变进行补偿具有重要的实际意义，四桥臂有源电力滤波器（APF）是补偿三相四线制系统畸变的理想装置。　　 有源电力滤波器的控制技术是关键因素之一。目前，随着数字信号处理器（DSP）技术的发展，APF等电力电子装置大多使用数字化控制，但是数字化控制存在的问题是：一方面，虽然数字控制有便于用DSP等可编程器件实现控制方法，使用灵活，实现简单等优点，但延时对数字化控制的性能会造成严重的影响，甚至使系统不稳定；另一方面，建模误差或参数漂移以及干扰等不确定因素也会恶化APF的补偿效果。预测控制是解决以上两个问题的有效途径，论文中提到的预测控制是一个广义的概念，凡是能补偿延时和干扰影响的预测技术本文将它们统称为预测控制。目前，APF预测控制方法的研究并不系统和完善，一些预测控制方法还未在APF中得到应用，一些采用预测控制的APF，其系统性能的分析还不透彻，且各种预测控制的应用场合和适用范围还需要进一步研究。为此，论文在研究了四桥臂APF控制系统的基础上，重点研究了几种预测控制方法在APF电流控制中的应用，包括理论的实现、对延迟的补偿性能、稳定性和鲁棒性等。　　 首先，论文在研究四桥臂APF电压电流双环控制系统的基础上，提出了在abc坐标下电流环的解耦控制策略，便于直接在abc坐标下设计电流环控制系统；将滑模控制用于电压外环的控制，并针对电源电压或负载的不平衡情况，对控制器进行了改进；研究了四桥臂逆变器的三维电压空间矢量PWM（3D-SVPWM）方法，提出了快速算法，省略了坐标变换，节约了计算时间，并给出了四桥臂逆变器的统一PWM调制策略。　　 针对常规PI解耦控制受延时影响较大的缺点，基于状态空间理论和重复控制，提出了四桥臂APF电流环的延时一周期比例控制与重复控制结合的复合控制策略，在延时一个控制周期的情况下仍能获得理想的稳态性能；提出了四桥臂APF的增广状态反馈控制，以电流和电流误差的积分作为状态变量并进行状态反馈，结合状态观测器，在指令电流进行两步超前预测后可获得理想的暂态和稳态性能，方法是将Lagrange插值与重复预测结合，前者在暂态时起作用，后者提供稳态时的高精度预测，设计了两者的切换策略。在采用速度较慢的处理器时，上述方法有较强的实际意义。　　 为了进一步提高控制系统的鲁棒性，提出了四桥臂APF电流环的模型预测控制（MPC）方法。模型预测控制是在内模控制基础上发展起来的，具有鲁棒性强的优点，论文针对APF的特点，对常规的内模控制和模型预测控制做了简化。论文首次将无公共连接点（PCC）电压传感器的内模控制器用于四桥臂APF，节约了成本，但发现其鲁棒性有一定局限，进而将无PCC电压传感器的模型预测控制应用到四桥臂APF，指出了它与常规预测电流控制的本质联系，改变控制器的参数甚至可获得对参数漂移任意高的鲁棒性，与重复控制结合构成的复合控制系统又能使APF获得完美的补偿效果，实用价值很高。　　 根据四桥臂APF电流环在dq0坐标下是典型的MIMO非线性系统的特点，首次将非线性预测控制方法用于四桥臂APF，设计了基于3种不同性能指标的控制器，对它们进行了分析和比较，探索了它们的物理意义。将扰动观测器引入到基于非线性最优预测控制的APF中，补偿了参数漂移造成的稳态误差，提高了鲁棒性。为非线性控制方法在APF中的研究作了补充。　　 最后，为了验证上述理论，进行了大量的仿真研究，并制作了小功率的四桥臂APF实验样机，以TMS320F2812 DSP为核心，编写了控制程序，仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。