级联H桥多电平逆变器主要应用于高压大功率电动机的变频调速场合。因其具有拓扑结构简单、输出谐波失真小、器件电压应力低、易于模块化等优点而受到广泛关注,成为近年来高压大功率交流传动应用领域的研究热点。本文从级联H桥多电平逆变器的结构特点出发,结合高压大功率交流传动系统的实际需求,重点研究了级联H桥多电平逆变器的控制技术、故障诊断方法和能量回馈控制策略。一方面在现有结构的基础上,改进调制方式、优化控制算法获得更好的输出性能,提出故障诊断方法提高系统的可靠性和容错性；另一方面对目前的结构和控制策略进行改进,进一步拓展级联H桥多电平逆变器的应用场合。本文的主要研究内容及创新点如下：(1)阐述了空间矢量调制技术的基本原理,分析了空间矢量调制技术在级联H桥多电平逆变器应用中的不足,研究了异步电机的直接转矩控制技术；在多电平载波移相调制技术特点的基础上,提出了一种适合级联H桥多电平逆变器的矢量错时叠加调制方法,简化了传统多电平空间矢量控制中复杂的开关表计算,基于该方法实现了大功率异步电机的直接转矩控制,减小了系统输出电流脉动和电磁噪声。(2)介绍了电网实际运行时的常见异常情况,阐述了电网瞬时失电对级联多电平H桥逆变器的影响；研究了现有高压逆变器“飞车启动”速度辨识技术；针对异常情况的不可预见性和不确定性,提出了一种双闭环模糊逻辑自整定PID转速追踪方法,给出了具体的参数整定规则,提高了系统对参数变化的鲁棒性,改善了系统的动态及稳态性能。(3)阐述了现有高压变频调速系统的故障诊断方法,针对级联H桥多电平逆变器载波移相调制方法特点,提出了一种低成本的单传感器多电压检测方法,实现功率单元简单快速的故障诊断；在逆变器输出电压频率已知的前提下,提出了一种变N同步采样半波外展FFT谐波计算方法,解决了常规FFT计算方法的频谱泄漏问题；用计算得到的谐波特征和单传感器多电压检测结果训练改进的自适应共振神经网络,建立故障智能诊断系统,实现故障功率单元中故障开关器件的定(4)分析了传统级联H桥多电平逆变器不能四象限运行的不足,阐述了具有有源前端的级联H桥多电平逆变器功率单元电路结构和数学模型；基于PWM整流器在两相静止坐标系中的数学模型,结合了瞬时功率理论及PWM整流器直接功率控制的特点,基于模糊逻辑,提出了一种新的PWM整流器模糊逻辑功率预测控制策略,解决了传统PWM整流器直接功率控制策略中滞环比较器带来的滞环宽度和控制精度的矛盾,所提策略具有较好的控制稳定性和较快的动态响应。本文对所提出的方法进行了大量的理论分析及仿真研究,并搭建了级联H桥多电平逆变器的实验装置及具有有源前端的级联H桥多电平逆变器功率单元实验装置,分别对上述控制方法进行了实验研究。丰富、详实的仿真及实验研究结果验证了本文理论研究的正确性。