相比于模拟控制,数字控制具有可重复编程,抗噪声能力强,对使用年限和环境因素的敏感性低等优点。在众多数字方法当中,基于离散方程的预测控制算法具有建模简单,稳态精度高和动态响应速度快的卓越优点而受到广泛关注。但是,延时问题和预测控制对系统参数敏感的缺点制约预测控制的进一步发展。如何解决延时和鲁棒性差的缺点成为预测控制算法研究热点。而且,目前提出的先进数字控制算法基本只应用于内环控制,外环控制还是采用数字PID控制。内环控制一般只能改善系统性能,外环控制才是决定系统整体性能的关键环节。所以,如何同时结合内环和外环控制进行研究成为提高系统整体性能的重要突破口。本文首先介绍电压源逆变器常用的数字控制策略,分析目前预测控制算法优缺点,总结中外学者对预测控制的改进方案,并针对外环控制普遍采用PI控制的研究现状,提出把预测控制运用在外环控制的必要性和优越性。其次,以单相电压源逆变器为研究对象,分析单相电压源逆变器的工作模态,计算其离散数学模型,根据无差拍控制原理,推导双环预测控制算法控制率。通过对比双环预测控制算法与外环PI-内环无差拍控制算法在稳态误差、带宽和输出阻抗三个方面的区别,证明外环控制采用无差拍控制能有效降低稳态误差、输出阻抗和提高动态响应能力。然后,分析实际应用的延时问题会导致双环预测控制算法不稳定,为了保证双环预测控制算法稳定性,在原控制率中,创新性地分别引进两种误差校正项进行补偿并对比分析。另外,为了避免繁杂的误差系数选取过程,首次结合李雅普诺夫稳定性原理提出动态误差系数。为了结合最优开关状态模型预测控制的优越动态性能,提出在电流内环控制中采用切换型预测控制算法。最后,本文设计了单相电压源逆变器硬件系统的功率电路、控制电路、采样调理电路和驱动电路等,完成整套实验平台的搭建,并利用此平台分别进行外环PI-内环无差拍控制算法与本文所提控制算法在不同负载条件下的稳态性能,阻性负载下动态性能以及鲁棒性等相关实验,结果验证了本文所提双环预测控制算法的有效性及优越性。