在“双碳”目标的时代背景下,全球能源绿色低碳转型已势不可挡。新能源的开发利用是我国实现深度脱碳的重要战略举措,对于推动我国能源变革和高质量发展意义重大。微电网作为新型电力系统的重要组成,是分布式新能源发电就地高效消纳的重要途径,也是对大电网的有力补充和支撑,是促进新能源产业发展的重要途径和关键技术。三电平逆变器因其开关损耗小、转换效率高和易于扩展增容的特点,成为微电网核心接口装备,可在并网/离网（孤岛）运行模式下将分布式新能源发电单元灵活接入微电网,其控制性能直接影响微电网系统的运行效率、安全性和可靠性,研究意义重大。以模型预测控制为代表的微电网逆变器新型控制技术,因具备动态响应快、易于实现、多目标优化、非线性约束等突出优势,备受国内外学术界和产业界的青睐。然而,三电平逆变器模型预测控制在微电网中的应用研究尚不完备,仍存在若干关键问题未能解决。为此,本文以T型三电平逆变器为研究对象,从有限集模型预测控制的预测模型、代价函数、多目标约束、矢量选择和优化方法等角度切入,重点突破共模电压与电流失真的同时抑制、电压质量改善与观测器设计、电压频率自适应调节、零序环流抑制与控制精度提升等关键控制技术,提升逆变器对微电网母线电压和电流的主动控制能力,实现“高可靠、高精度、自适应、低谐波、低成本”等性能要求。论文的主要研究工作和创新如下:针对微电网中三电平并网逆变器传统控制方法存在的共模电压高和电流畸变大问题,本文提出了一种抑制共模电压的双矢量模型预测控制方法。新方法通过将产生高共模电压的矢量剔出候选矢量集以限制共模电压幅值。其次,采用双矢量模型预测控制方案有效提升并网控制精度,根据基于中点距离的代价函数和矢量预选择策略简化双矢量的评估过程。通过优化无权重因子策略和候选矢量集补偿方法,使并网逆变器同时实现低共模电压控制、中性点电压平衡和电流畸变抑制,提升了微电网的安全性和可靠性。针对微电网中三电平逆变器传统模型预测电压控制严重依赖传感器且电压质量差的问题,本文提出一种无电流传感器的改进型双矢量模型预测电压控制方法。新方法简化了模型预测电压控制的数学模型和控制框架,将逆变器的输出电压波动引入到优化目标中,改善了微电网母线电压质量;设计了基于强跟踪卡尔曼滤波器的观测器来估计电容电流,以减少传感器数量和降低系统成本。此外,基于球形译码原理的两层决策算法有效降低双矢量选择过程的复杂度和计算负担。针对微电网中三电平逆变器对突变负载的适应性差、频率调节能力弱问题,提出一种频率自适应调节的双模型预测控制方案,其包括内环控制（模型预测电压控制）和外环控制。在保证功率有效分配的基础上,为提升频率动态调节能力,外环控制中提出基于虚拟同步发电机的模型预测控制方法。新方法通过分析负载动态需求,构建不同频率偏移场景下的优化目标,即根据不同负载切换工况,通过优化频率偏移和频率回归状态的目标,相应的加快或减慢频率响应过程,提高频率动态特性和多负载场景适应能力。此外,基于李雅普诺夫判据对所提方法的稳定性进行分析,为关键参数的设计提供指导。针对多逆变器并联系统传统模型预测控制方法存在的环流抑制效果差和电流谐波大问题,本文提出了一种多矢量模型预测控制环流抑制方法。新方法通过构造具有零平均共模电压的虚拟矢量扩展控制的自由度,增强零序环流抑制能力。同时将小矢量引入到虚拟矢量,设计无权重因子中性点电压平衡方案。此外,多矢量预选算法将多目标代价函数简化为单目标代价函数,优化了最近3矢量的选择过程,降低计算负担同时有效提升电流控制精度,具有实现简单、无需通信的优点。综上所述,本文在三电平逆变器模型预测控制方面取得了系列创新性研究成果,为保障三电平逆变器在微电网中可靠、高效、稳定运行及扩容应用奠定坚实基础,为推动微电网变换技术的快速发展提供了理论和技术支撑,有助于落实国家节能减排工作,助力我国推进深度脱碳技术攻关。