高速铁路作为一种快速便捷的交通方式,越来越受到人们的关注与重视。为了提高列车的运行速度,减小列车对轨道的磨损,牵引传动系统的小型轻量化与高功率密度化是未来的发展趋势,而基于电力电子变压器(Power Electronic Transformer,PET)的牵引传动技术是该问题的解决方案之一。其中,作为电力电子变压器的前级,单相级联H桥整流器的控制性能对整个系统具有深远的影响,因此,研究其控制算法具有十分重要的理论意义与工程实用价值。本文以单相级联H桥整流器(cascaded H-bridge rectifier,CHBR)为研究对象,以提高其动态响应速度、减小电流谐波含量、固定开关频率、降低算法复杂程度为研究目标,以模型预测控制理论为基础,对CHBR系统的模型预测控制优化算法展开了研究,主要内容如下:首先,分析了CHBR的拓扑结构与工作原理,并给出其状态空间方程,以及其在两相静止坐标系下的数学模型;介绍了基于n模块的CHBR扇区划分规则,给出了扇区划分示意图,并对其空间电压矢量进行定义和描述。其次,本文将模型预测控制思想应用于单相级联H桥整流器,对单矢量模型预测电流控制(single-vector-based model predictive current control,SV-MPCC)算法进行了详尽地分析,首先推导其电流预测模型;并考虑到算法的实用性与可行性,将未包含电容电压平衡项的目标函数应用于本文控制算法中。再次,针对SV-MPCC算法开关频率不固定、电流谐波含量大等缺陷,在其基础之上,通过在每个控制周期采用两个电压矢量组合控制的思路,给出一种基于两矢量的模型预测电流控制算法(two-vector-based model predictive current control,TV-MPCC),该算法具有稳态精度良好,开关频率固定的优点。在此基础上,针对该算法运算量大,实现过程复杂等特点,提出一种基于两矢量的简化模型预测电流控制算法(two-vectorbased simplified model predictive current control,TV-SMPCC),该算法优化了控制集,且无需在线寻找最优目标函数,大大简化了算法的复杂度。然后,针对SV-MPCC算法稳态精度差、TV-SMPCC算法电容电压平衡实现过程较复杂的特点,提出一种基于多矢量的模型预测电流控制算法(multiple-vector-based model predictive current control,MV-MPCC),该算法通过设计开关序列,能实现较高的等效开关频率,提高了系统的稳态精度;在TV-SMPCC的基础上,减少了控制集数量,且无需查找冗余电压矢量,进一步简化了算法的复杂度。最后,介绍了RT-LAB半实物实验平台与CHBR小功率实验平台的硬件与软件系统,并对SV-MPCC,TV-MPCC,TV-SMPCC,MV-MPCC四种算法进行实验验证与对比分析,实验结果验证了上述算法的正确性与有效性。