近年来,环境保护和能源问题已成为世界各国关注的焦点。风电、太阳能等作为一种清洁的可再生能源再一次得到了大力推广,而风电、太阳能的利用、电动汽车用电需要大量的变流装置,因而提高变流装置电能的使用效率,减少谐波的产生以确保电网质量及系统安全运行成为了各国学者研究的热点。本文以三电平Vienna整流器为研究对象,针对其结构特征提出了两种基于直接功率模型预测控制的方法,研究的工作主要包括以下几个方面:首先介绍了Vienna整流器的结构特点,并以一个电流区间为例,通过对8种开关状态下的工作情况进行分析,说明其工作原理。此外,根据Vienna整流器的结构特性,建立了其在三种常用坐标系下相应的数学模型。在理解了Vienna整流器工作原理和建立其数学模型的基础上,根据三相三电平Vienna整流器的特性,以系统工作在单位功率因数工况时,交流侧输入的有功、无功功率和直流侧有功、无功功率分别相等为桥梁,提出一种基于模型预测直接功率内环和滑模变结构外环组成的双闭环控制策略;系统内环采用模型预测控制使系统省去了调制步骤,简化算法的复杂性;详细描述了电压外环滑模控制器的设计过程,分析了滑模变结构控制抖振产生的原因,结合本系统具体情况提出了相应的改进措施;通过前向欧拉法求取两个电容电压的预测,构建相应评价函数实现对中点电位的控制。此外,针对传统模型预测控制开关频率不固定的问题,提出了改进方案:以交、直流侧功率误差最小化构建评价函数,通过模型预测滚动优化求得指令电压矢量,然后由改进的空间矢量调制策略实现开关频率的固定。传统的空间矢量调制策略需要分别计算每个扇区各基本矢量对应的作用时间以及排列作用顺序,大量的三角函数运算也会增加系统的复杂性。为减少矢量作用时间的计算量和简化矢量作用顺序排列的过程,提出将指令电压矢量进行60度坐标转换并作图找出各大扇区及小扇区之间的规律,然后根据奇数和偶数大扇区进行区别归一化处理的方法。最后在Matlab/Simulink环境下建立相应的仿真模型,并搭建了相应的验机平台。通过仿真及实验对所提出的两种控制策略在系统稳定运行和负载突变过程中的性能进行了验证。