随着社会的发展,电网中设备装机容量越来越大,非线性负荷和无功负荷越来越多。它们会产生大量的无功电流和谐波电流,对电网造成诸多危害,影响电力系统的安全稳定运行,降低电网的供电质量。在电网的关键节点安装静止无功发生器不仅可以提高电力系统功率因数、降低电网损耗,还可以提高电力系统的稳定性、抑制系统谐波电流。近年来,模型预测控制因其简单的实现流程、优越的控制性能以及良好的鲁棒性,在电力电子控制中得到广泛的认可,在逆变器、有源滤波、PWM整流和电机驱动等领域均得到了较好的推广,但在静止无功发生器领域却鲜有研究。本文研究了静止无功发生器的模型预测控制器设计与改进,对控制算法进行了详尽的仿真分析,设计了用以验证控制算法性能的实验样机软硬件平台。主要工作概括如下:首先,介绍了无功补偿装置的研究背景、意义及其发展历程和研究现状,分析了静止无功发生器的拓扑结构、工作原理和无功检测方法,对其分别在静止坐标系和旋转坐标系下建立了数学模型。其次,研究了基于有限状态元的模型预测控制在静止无功发生器中的实现;针对参数不确定和干扰引起的模型失配问题采用预测误差进行反馈校正,针对计算耗时造成的控制延时问题采用多步预测进行补偿,改进性能指标评价函数实现多目标优化控制。接着,利用MATLAB中的SimPowerSystems组件对模型预测控制算法以及改进策略的控制性能进行全方位仿真,仿真结果表明采用模型预测控制算法及改进策略的静止无功发生器性能较好。然后,以TMS320F2812为主控芯片,分主电路、采集电路、驱动电路、保护电路和辅助电路等五个部分对实验样机硬件系统进行了详细设计,给出了装置技术参数的计算过程、元件主要参数和具体的电路原理图。最后,分DSP程序、上位机、控制板程序三个部分对实验样机软件系统进行了系统设计,介绍了软件系统结构,给出了主要模块的模块功能、设计思路、实现流程和主要参数。