本发明公开了一种基于模型预测控制的重型燃气轮机系统控制方法，包括以燃料量、压气机进口空气流量作为重型燃气轮机系统的输入，以透平排气温度和燃机负荷作为重型燃气轮机系统的输出，通过阶跃响应实验辨识得到重型燃气轮机系统的状态空间模型；引入扰动模型至状态空间模型中，获得增广形式的状态空间预测模型；根据重型燃气轮机系统的实际输出值与状态空间预测模型的预测值之间的偏差，对状态量进行校正；在每一采样时刻，将校正后的状态空间预测模型的预测值带入预先构建的目标函数中，得到当前时刻的控制量，并将控制量输入重型燃气轮机系统中实现控制，本发明能够有效提高重型燃气轮机系统的稳定性和响应速度，具有较强的设定值跟踪能力。