近年来,随着半导体技术和现代控制技术的飞速发展,电力电子变换器得到了广泛应用,其功率等级也在逐渐提高。传统的变换器平均模型只能分析系统的低频特征,无法分析系统在开关频率及以上的工作特性,因此需要找到能够描述电力电子变换器全频段工作特性的数学模型。本文以级联H桥型变换器为研究对象,针对变换器的宽频域建模问题进行了研究。首先,介绍H桥变换器的拓扑结构以及基本工作原理,分析了H桥变换器级联叠加的条件。之后分析了级联H桥多电平逆变器的结构与特点,推导出输出电压表达式。基于状态空间平均法,建立了H桥逆变器的平均模型并介绍了其电压、电流的控制策略。其次,介绍了几种常用的变换器建模方法,并对比了各类方法的优缺点。从结构较为简单的Buck变换器入手,建立了PWM比较器的采样模型,并将其应用到闭环建模中,推导出了Buck变换器的矩阵模型与输出阻抗矩阵模型。对于较为复杂的H桥变换器,采用类比的方法首先建立PWM比较器的采样模型,推导出H桥变换器的矩阵模型。通过MATLAB/Simulink仿真对建立的矩阵模型进行验证。再次,介绍了多电平变换器的调制策略,常用的载波移相技术、载波层叠技术和空间矢量脉宽调制技术。介绍了自然采样法与规则采样法的实现方法和优缺点。利用单个H桥的矩阵模型,推导了单相五电平级联H桥拓扑的数学模型,并推广到N个H桥级联的情况。之后推导出三相五电平级联H桥变换器的数学模型,对其输出电压特性进行了分析,然后对理论分析结果进行仿真验证。最后,搭建了五电平级联H桥逆变器的实验平台,介绍了实验平台的结构组成,并分别从软、硬件两方面对该平台进行详细说明。实验结果证明本文建立的宽频域模型具有一定的准确性。该论文有图72幅,表7个,参考文献113篇。