与两电平逆变器相比,中点箝位型(Neutral Point Clamped,NPC)三电平逆变器具有开关管电压应力低、电磁噪声低和输出波形总谐波畸变率低等诸多优点,因而在中高压大功率变换场合被广泛应用。但该拓扑存在中点电压不平衡的典型问题,直接影响输出波形质量,使得输出电压含有低频谐波,增加开关管的电压应力;严重时会损坏开关管,影响系统正常工作。本文研究解决中点电压不平衡问题,提高输出波形质量、系统效率的控制方法。在采用传统正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation,SPWM)时,NPC三电平逆变器存在中点电压不平衡问题。本文分析了中点电压不平衡,研究了中点电压幅值、调制波偏置的调节系数之间的数学关系,得到了不同负载功率因数角条件下,调节系数的取值范围。在此基础上,提出了变调制波偏置的SPWM中点电压平衡控制方法,它是一种基于SPWM的动态计算调制波偏置量(Dynamically Calculating the Offset Superimposed to the Modulation Wave Based on SPWM,DCO-SPWM)的控制方法。提出的DCO-SPWM控制方法是通过采样中点电压,根据调制比、输出电流幅值和负载功率因数角,动态调整叠加至SPWM调制波上的偏置量,实现对中点电压的平衡控制。为验证本文控制方法的有效性,设计了基于数字信号处理器-复杂可编程逻辑器件(Digital Signal Processor and Complex Programmable Logic Device,DSP-CPLD)构架的 NPC 三电平逆变器实验平台,以及相应的软硬件。仿真和实验结果表明,DCO-SPWM控制方法的控制稳态误差小,不仅改善了输出波形的质量,且简单、便于数字化实现。在采用传统SPWM方法时,NPC三电平逆变器存在中点电压低频纹波问题。它会导致输出电压含有大量低频谐波,且加剧中点电压不平衡。针对这个问题,提出了一种半载波周期动态调节的不连续调制(Dynamic Half Carrier-cycle Regulative Discontinuous Pulse Width Modulation,DHCR-DPWM)的中点电压低频纹波抑制方法,适用于对系统效率要求较高的场合。在载波周期内,选择逆变器三相输出电压中瞬时电压值最大(小)的一相,控制其桥臂输出电压箝位在零电位,使得正负小矢量的作用时间相等,实现对中点电压低频纹波的抑制。在基于DSP-CPLD的NPC三电平逆变器实验平台上进行了实验验证。实验结果表明,与传统SPWM和60°DPWM方法相比,DHCR-DPWM方法能有效抑制中点电压低频纹波,提高输出波形质量,保持较高的系统效率。在采用传统三电平空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)方法时,NPC三电平逆变器存在中点电压纹波较大,调制波表达式较复杂,难以建立统一的中点电压模型,不易于中点电压控制器设计的缺点。提出了一种基于两电平SVPWM 的三电平鞍形 SVPWM(Three-level Saddle SVPWM Strategy Based on Two-level SVPWM,TBT-SAPWM)方法。通过重新划分空间矢量区间,将传统三电平SVPWM简化为两电平SVPWM,使得区间判定和矢量合成计算更易实现。在开关周期内,根据合成参考矢量的相角范围条件,选择一相桥臂"P"(或"N")状态与另一相桥臂"N"(或"P")状态的持续时间相等,简化了调制波的表达式。在基波调制比为0-1.15的范围内,TBT-SAPWM方法的调制波为鞍形波,降低了中点电压的纹波,解决了中点电压模型难以建立、中点电压控制器不易设计的问题。为控制中点电压平衡,进一步设计了中点电压控制器。在开关周期内,通过采样中点电压,该控制器计算出时间偏置量,叠加到三相桥臂输出电平的切换时刻上,调节中点电压平衡。实验结果表明,与传统三电平SVPWM相比,提出的TBT-SAPWM方法能有效减小中点电压纹波,提高输出波形质量。当中点电压不平衡时,设计的中点电压控制器控制效果良好,减小了中点电压的纹波,降低了输出波形的谐波含量。