PWM整流器具有网侧电流正弦化、高功率因数、能量双向传输、直流电压可调等优点,广泛应用于电机调速、有源电力滤波、可再生能源并网发电、高压直流输电等工业领域。论文以两电平三相电压型PWM整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)为研究对象,分析VSR的工作原理,推导其数学模型,并对并网预测直接功率控制(Predictive Direct Power Control,P-DPC)展开深入研究。论文在回顾直接功率控制(Direct Power Control,DPC)研究现状的基础上,分析VSR的工作原理,建立VSR在αβ和dq坐标系下基于电流控制的数学模型,并根据瞬时功率理论,推导VSR基于功率控制的数学模型。论文推导无差拍预测直接功率控制(Dead-beat Predictive Direct Power Control,DP-DPC)在不同坐标系下的功率控制模型。针对传统DP-DPC存在稳态误差的问题,论文引入基于内模原理的反馈校正方法,通过对功率误差进行累加求和来补偿下一控制周期瞬时功率的给定值,并结合三相VSR的功率控制模型,实现瞬时功率的跟随控制。论文研究有限控制集模型预测直接功率控制(Finite Control Set Model Predictive Direct Power Control,FCS-MPDPC)。针对基于单矢量的FCS-MPDPC稳态电流谐波含量高、功率脉动大的问题,论文提出基于二矢量的FCS-MPDPC,利用零矢量来平缓调节瞬时功率。为进一步提高系统的控制性能,论文提出基于三矢量的FCS-MPDPC,即在一个控制周期内采用两个非零矢量和一个零矢量。相比于基于二矢量的FCS-MPDPC,该算法显著抑制电流谐波分量、降低功率脉动,在提高系统稳态性能的同时,促使电流高次谐波主要集中在开关频率的整数倍上,有利于滤波电感的设计。针对FCS-MPDPC在选择电压矢量时需要对各个矢量遍历寻优,控制算法相对复杂的缺点,论文提出基于单矢量、二矢量和三矢量的低复杂度模型预测直接功率控制(Low-Complexity Model Predictive Direct Power Control,LC-MPDPC)。LC-MPDPC以dq坐标系下的负共轭复功率为控制变量,只需对其预测一次即可确定最优矢量。与FCS-MPDPC相比,LC-MPDPC在获得良好的动、稳态性能的同时,简化算法的控制结构,降低算法的复杂度。论文对电网电压不平衡的并网P-DPC展开研究。三相电网电压不平衡时,若依旧采用理想电网条件下设计的P-DPC,将导致网侧电流谐波含量高、功率脉动大。因此,论文采用新型瞬时功率理论,重新定义瞬时无功功率,提出电网电压不平衡的DP-DPC和FCS-MPDPC。这两种控制策略在三相电网平衡条件下取得良好的动、稳态性能,同时实现电网电压不平衡条件下的正常工作。论文搭建两电平三相VSR的实验平台,包括以主控芯片TMS320F28335为核心的控制板、驱动电路、信号采样与调理电路等,编写控制程序,完成相关仿真与实验,验证三相电压型PWM整流器并网P-DPC的可行性和正确性。