近年来,模块化多电平变流器(Modular multilevel converter,MMC)因其可拓展性强、谐波特性好、故障穿越能力强等优点,在高压直流输电、大功率电机拖动、电能质量治理等领域受到广泛关注。本文以有源前端MMC为研究对象,以有限控制集模型预测控制为突破工具,综合瞬时功率补偿策略,研究了平衡和不平衡工况下MMC的高性能控制问题。论文的主要工作如下:第一,针对模型预测控制存在的在线计算量大、权重因子选择困难的问题,提出了一种多阶段快速模型预测直接功率控制策略。独立设计MMC各控制目标的评价函数以取消控制过程中的权重因子,将输出电平限制到邻近值,缩小有限控制集,从而能够减少算法的计算时间。仿真分析表明所提策略能够以较低的计算负担取得和传统模型预测控制方法相近的性能,且避免了权重因子的选择。第二,针对模型预测控制中过高的开关频率增加变流器功率器件损耗,降低其效率的问题,提出一种基于级联结构的低开关频率运行策略,将子模块电容电压平衡环节分为均压和限制开关频率两个部分,独立设计评价函数,两个评价函数顺序执行,从而取消了单评价函数中的权重因子。仿真结果表明所提策略能够有效地抑制MMC的开关频率,低开关频率运行状态下各性能指标良好。第三,针对有源前端MMC在网侧不平衡工况下有功功率和无功功率出现脉动,网侧电流畸变等问题,提出了一种基于信号延迟的功率补偿策略。该策略能够在不平衡工况下分别消除有功功率或无功功率的二倍频脉动,且保持网侧电流的正弦。与其他方法相比,该策略采用信号延迟的方式获取功率的补偿项,无需锁相环和相序提取,实施简单,所需计算量低。最后,仿真和实验结果验证了所提策略的有效性。