目前,电压源变换器作为高性能的能量接口已被广泛应用于电力系统中,例如:可再生能源并网(风机、光伏等)、柔性交流输电、高压直流输电和具有能量回馈能力的交流调速系统。电压源变换器有以下两种重要的控制方式:电压定向控制和直接功率控制。前者以电流为控制变量,而后者以瞬时功率为控制变量。本文以瞬时功率理论和虚拟磁链技术为基础对三相电压源变换器的控制策略展开研究。本文针对三相电压源变换器提出了一种基于虚拟磁链精确估计的无交流电压传感器预测直接功率控制。提出的策略凭借空间矢量调制器实现了恒定开关频率运行。为了省略交流电压传感器作者使用了以下两项技术:1.使用了一个能实现虚拟磁链精确观测的观测器,它补偿了一阶低通滤波器引入虚拟磁链观测结果的幅值和相位误差;2.利用以虚拟磁链为基础计算的瞬时功率为中间变量进行电网电压估计。此外,在控制器数学模型中对存在于实际系统中的时延进行了补偿。对比研究表明:提出的无传感器直接功率控制具有比传统查表型直接功率控制和传统预测直接功率控制优越的控制性能。到目前为止,理想电网电压情况下三相电压源变换器的控制策略已得到了深入研究。然而,由于各种电网扰动的存在,实际电网电压的波形并不是理想的情况(对称的正弦波,额定频率等)。实际电网情况会恶化控制器性能,使其不能复现在理想电网情况下所达到的性能指标,甚至使其不能正常运行。为了解决上述问题,本文针对直接功率控制提出了两种不需要交流电压传感器参与的改进方案:基于虚拟磁链的正序功率控制法和基于虚拟磁链的波动功率补偿法。在这两种方案中,交流电压传感器都被基于二阶广义积分器的虚拟磁链观测器取代,它实现了电网频率自适应的虚拟磁链精确估计;电网电压被电网虚拟磁链取代。关于改进方案的设计,前者以基频正序虚拟磁链为基础计算的瞬时有功功率和瞬时无功功率为控制变量,并分别在负序虚拟磁链前馈和基于二阶广义积分器序分量提取方法的协同下进行线电流不对称度和畸变度的控制;后者通过具体波动功率成分的补偿分别实现了平衡正弦电流运行、恒定有功功率运行和恒定无功功率运行。此外,本文还结合上述两种改进方案提出了虚拟磁链预测直接功率控制的两种改进型。仿真和实验结果验证了提出的改进方案的可行性和有效性。基于可编程交流电源和d SPACE数字空间系统,作者搭建了可用于测试三相电压源变换器控制策略在多种电网状态下性能的实验平台。并通过此平台对提出的控制策略和对比控制策略进行了实验研究,实验结果和MATLAB仿真结果证明了提出策略的可行性、有效性以及相对于对比策略的优势。