近年来，多电平功率变换器在高压大功率方面成为研究的热点，主要是因为 它可以用低耐压的器件实现高压大功率输出，无需动态均压电路，无需变压器； 输出电平数的增加，改善了输出电压波形并减少了EMI和降低了电机端共模电压 的影响，二极管箝位式三电平逆变器是多电平逆变器中最简单、也是最实用的一 种。因此对三电平功率变换器的深入研究具有重大的理论意义和现实意义。本论 文的主要内容就是研究以二极管箝位三电平逆变器为核心的交流传动系统的构 成及其控制策略，并开发了适用于城轨交通车辆的160kVA IGBT三电平逆变电源 和主传动系统的300kVAIPM三电平逆变器。 论文首先对三电平逆变器二种拓扑结构——飞跨电容式和二极管箝位式进 行了简述，接着分析了二极管中点箝位式三电平逆变器工作原理，建立了空间电 压矢量数学模型，并在此基础上对中点电压偏离进行了详细的分析。随后，介绍 了交流传动中三电平逆变器较为常用的几种PWM方法：采用1200导电的正余弦 形参照波的SPWM、采用错开900相位的等腰三角形调制波的SPWM、采用上下两 个等腰三角形载波的SPWM、注入三次谐波的SPWM、抑制中点电位偏移的SPWM 进行了详细的分析，并对其进行了仿真，对各种方法在直流中间电压利用率、中 点电位偏移以及谐波分布等进行了比较与总结。论文还对三电平逆变器空间电压 矢量PWM控制原理进行了详细的分析与论述，在此基础上，对两种SVPWM实现算 法(五段工作模式和七小段法)做了详细地推导、深入地分析与仿真，从仿真结 果来看，所研究的各种SVPWM策略具有较好的理论与应用价值。文中还针对三电 平中点电位偏移提出了一种硬件解决方法，通过仿真分析，能够较好的解决中点 电位偏移问题并能很好的移植到多电平逆变器中。 针对三电平逆变器交流传动系统高性能控制的要求，结合矢量控制技术的特 点，通过对基于二电平逆变器矢量控制利基于三电平逆变器矢量控制进行了研究 与对比，通过对比来看，三电平逆变器的矢量控制具有更高的控制性能。 结合直接转矩控制和三电平逆变器的特点，论文提山了三种基于三电平逆变 器直接转矩控制的实现方式，通过分析与研究发现：基于三电平逆变器的直接转 矩控制系统较二电平直接转矩控制系统有比较小的转矩和电流脉动，更好的控制 性能。 论文最后系统地介绍了三电平逆变器的研制和开发过程，从硬件上详细论述 了三电平逆变器吸收电路、驱动电路及散热系统的设计过程。介绍了160kVA IGBT 三电平逆变器和300kVA IPM三电平逆变器的系统构成和试验情况，从实验结果 来看，整个三电平逆变器控制系统体现出良好的控制性能，具有较好的实用价值。 关键词：高压大功率，三电平逆变器，PWM控制，空间矢量，直接转矩控制，矢 量控制，中点电位偏移