级联全控H桥式多电平变换器取消了传统功率单元级联式多电平变换器输入端体积庞大、接线复杂、价格昂贵的工频移相变压器,并以其高网侧功率因数、低器件耐压、能量双向流动、结构模块化等优点受到电力电子和电力传动领域科研人员的重视。但是,一方面该类变换器主电路拓扑需要较多开关器件,主电路损耗大、控制电路和算法复杂;另一方面对于水泵、风机等负载,仅仅要求能量单向流动的大功率应用场合,其拓扑并不需要全部为可控器件。对此论文提出了两种级联二极管H桥式多电平变换器拓扑,并在对其详细分析和深入研究的基础上提出了混合级联式多电平变换器拓扑,同时进一步对混合级联式多电平变换器拓扑进行了探讨。首先,在对目前已提出的级联全控H桥式多电平变换器和级联二极管H桥式多电平变换器结构深入分析的基础上,提出了二极管H桥级联BOOST多电平变换器拓扑。在分析了电路工作原理后,建立其电路的稳态数学模型,进而对影响电路正常工作状态的升压电感、负载不平衡度、电压平衡控制约束条件进行了深入讨论。然后采用与拓扑相对应的控制策略进行仿真,对提出的拓扑和控制策略进行原理性证明。在此基础上论述了研制的二极管H桥级联BOOST多电平整流级的实验平台,并在该实验平台上完成与文中研究内容相关的实验,实验结果有力的证明了研究成果的正确性。再次,在对目前已提出的二极管H桥级联BOOST多电平变换器结构深入分析的基础上,提出了电感前置的级联二极管H桥式多电平变换器拓扑。在分析了电路工作原理后,建立其电路的稳态数学模型,进而对影响电路输入功率因数的升压电感、负载不平衡度、电压平衡控制约束条件进行了深入讨论。研究电路工作时的相量图得出与传统PFC整流电路不同的控制策略,然后采用对应的控制策略进行仿真,对提出的拓扑和控制策略进行原理性证明。在此基础上论述了研制的级联二极管H桥多电平整流级的实验平台,并在该实验平台上完成与文中研究内容相关的实验,实验结果有力的证明了研究成果的正确性。然后,分析了提出的两种级联H桥式多电平变换器拓扑的不足之处,从而进一步提出了新型混合级联H桥拓扑。在分析电路工作原理的基础上建立其稳态直流模型,得出其输入功率因数约束条件、输出直流电压控制约束条件、负载不平衡度约束条件。研究电路正常工作时的相量图后,采用混合级联H桥对应的控制策略,对提出的混合级联拓扑进行仿真。最后通过实验平台完成基本工作原理实验、控制策略对比试验。仿真和实验结果证实了提出的拓扑和控制策略的正确性和优越性。同时利用混合级联H桥Matlab仿真和搭建三相混合级联H桥实验平台,验证了进一步验证了三相混合级联H桥电路拓扑的正确性。最后,对比了现有级联式多电平电路拓扑,并对提出的三种级联H桥式多电平变换器电路拓扑进行了对比。