三电平PWM整流器相对于两电平PWM整流器而言,其功率器件所承受关断电压仅为直流电压一半,等效开关频率高,交流侧电压、电流谐波含量更低,因此更适合高压大功率应用场合。单相三电平PWM整流器已经在CRH2系列动车组上得到应用。本文以单相三电平PWM整流器为研究对象,分析了其工作原理,并通过定义开关函数建立了其统一数学模型。对该型整流器的控制策略进行详细研究,重点论述了瞬态电流控制和预测电流控制两种直接电流控制方法,并介绍了适合该型整流器的SPWM调制方式和SVPWM调制方式。分析了造成中点电位平衡问题的根本原因,并引入一种基于滞环调节的中点平衡控制方法。基于Matlab/Simulink环境,建立单相三电平PWM整流器系统仿真模型。仿真结果证明了瞬态电流控制和预测电流控制都能实现输出直流电压稳定、网侧电流对网侧电压跟踪度高、网侧电流谐波含量低的性能要求。通过仿真还验证了瞬态电流控制具有良好的动态响应性能。此外,本文引入的中点平衡控制方法的有效性也通过仿真得到验证。通过对CRH380AL动车组车网电气匹配性能测试,了解了单相三电平PWM整流器在机车牵引传动实际应用场合的性能表现。通过实测数据,重点分析了在列车低速运行时,牵引变流器的网侧功率特性和电流谐波特性。并通过仿真验证了实测数据的可靠性。以CRH2型动车组牵引变流器为参照,搭建了单相三电平PWM整流器实验平台,文中给出了主要参数的设计和选型依据以及平台实物照片。