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本文研究了一种新型五电平谐波注入式电流源型变换器(Five-level Current Reinjection-Current Source Converter,FLR-CSC)。该新型 FLR-CSC 拓扑是在传统十二脉波整流电路的直流侧增加一组注入电路,通过对注入开关的规律控制,将直流侧的电流调制成特定形状和波次,从而在网侧合成呈48电平波动的交流电流。与传统电流源型变换器相比,新型FLR-CSC具有下列优点:(1)通过谐波注入技术大幅削减了网侧电流的谐波含量,可以减少大功率应用场合滤波装置的使用数量,使得整个系统的体积减小,成本降低。(2)该新型拓扑由于直流侧注入电路的引入,可以周期性的为主桥开关提供零电流的通断区间,为主桥开关实现ZCS提供了条件,从而可以减小拓扑的功率损耗,提升功率等级。(3)在阻感负载条件下,传统的十二脉波晶闸管整流电路只能运行在0°≤α≤90°的工况。注入电路与两组主桥配合工作可以拓宽FLR-CSC的工作区域,使其可以运行在-90° ≤ α ≤ 90°区间,拓展了系统的应用场合。本文主要完成以下工作:(1)介绍了新型FLR-CSC的拓扑结构,推导了注入电流的数学表达式,为设计拓扑各开关的控制脉冲提供理论基础。研究了主桥开关与注入桥开关的控制方式,总结了注入开关的调制原则,基于MATLAB/Simulink平台对FLR-CSC的运行进行仿真,验证了直流纹波注入技术原理的正确性。(2)注入电路的工作特性直接影响着FLR-CSC的运行效果,本文对三种不同注入开关触发脉冲作用下的系统进行了仿真,总结、分析了仿真结果的异同,提出了可应用于工程实践的注入脉冲的筛选原则。分析了-90°≤α≤0°区间内FLR-CSC的运行原理,以此为基础,研究了一种FLR-CSC串联拓扑的功率解耦方案,为该新型拓扑的进一步发展奠定基础,通过仿真验证了 FLR-CSC的第四象限运行及单功率因数运行方案的可行性。FLR-CSC拓扑易于拓展至更高电平,对比了不同注入电平数对系统谐波消除效果的影响。(3)详细介绍了搭建4KVA样机的系统构成,包括控制模块、驱动模块以及功率模块的设计。样机主桥开关及注入开关的触发脉冲均由FPGA发出,分析了两种基于VHDL的程序设计原理,并基于QuartusⅡ开发平台进行了仿真验证。在样机平台上对FLR-CSC的各种工况进行实验验证,将运行结果与理论分析相对照,证明FLR-CSC样机设计方案的可行性。最后总结了 FLR-CSC拓扑的不足及研究方向。