在中高压大功率领域,多电平以其输出性能好、谐波含量小、效率高等优点被广泛应用。本文以有源中点箝位型(Active neutral point clamped,ANPC)三电平逆变器为研究对象,主要对其基本工作原理、调制算法、开关器件损耗以及开路故障诊断方法和容错控制等方面展开研究。基于ANPC三电平逆变器拓扑结构,从开关状态和换流分析、调制策略与损耗分析三个方面进行研究。对二极管中点箝位型(Neutral point clamped,NPC)和ANPC三电平逆变器的开关状态及不同换流路径进行分析。介绍了ANPC三电平逆变器SPWM、SVPWM两种传统调制算法,并进行了频谱特性分析。研究了一种基于线电压ab-bc-ca坐标系调制算法,通过坐标变换简化了传统SVPWM区域判断和矢量作用时间,计算量大大减小。研究了ANPC在三种基本脉冲宽度调制算法下的损耗情况,并通过在同样参数条件下与NPC对比,可知ANPC三电平逆变器通能极大改善NPC开关器件在损耗不均衡上的缺陷。本文重点研究了ANPC三电平逆变器中单个开关器件发生开路故障的诊断方法及其容错控制策略。通过对开路故障电流的换流路径进行分析,得出了开路故障电流特征。针对单个开关器件发生开路故障的情况,依据开路故障电流特征采用平均电流Park矢量法、三相平均电流法两种方法进行仿真研究,结果表明两种开路故障诊断方法均能准确地进行开路故障诊断,定位故障管所在位置。但两种方法均需增加额外传感器进行检测且故障特征不易提取,针对这一问题,本文提出了一种基于瞬时功率检测的开路故障诊断方法。通过对故障电流推导分析,提取并对比两种调制算法下单个开关器件的瞬时功率特征,依次对开路故障、故障相和器件位置进行判别,得出了故障诊断逻辑及判定规则,仿真验证了所提方法的正确性。针对单个开关器件发生开路故障的情况研究了相应的容错控制方法,通过改变换流方式使得系统故障后依旧能够处于正常运行状态。最后,基于ANPC三电平逆变器实验平台对本文研究内容进行验证,完成了三电平调制算法对比、三种PWM调制算法、基于电流Park矢量故障诊断、基于三相电流平均值故障诊断、基于瞬时功率故障诊断以及开路故障后的容错控制等实验,实验结果验证了本文所研究开路故障诊断方法与容错控制的可行性。