随着可控电力电子器件及相关技术的蓬勃发展,各种拓扑结构的中压大功率多电平变频调速系统在工业传动中应用越来越广泛,都取得了显著的节能效果,降低了单位产值能耗。虽然各种多电平变频器的拓扑结构不尽相同,但其中仍然存在一些共性问题亟待解决,例如网侧电能质量控制、并联模块的环流抑制、背靠背模块的瞬时功率协调控制和开关器件频率限制等问题。本文主要针对共直流母线的多模块并联型(Multi-Module Parallel, MMP)变频器和独立直流母线的H桥级联型(Cascaded H-Bridge, CHB)变频器的若干关键控制技术进行了深入研究,以下是本文的主要研究工作。四象限变频器与两象限变频器相比,需要增加整流器前端的输入电抗器。在高电压接入的应用场合,可设计多绕组分裂式变压器来取代输入电抗器,既起到降压、隔离的作用,又起到储能、滤波的作用。为了分析多绕组变压器短路阻抗对系统稳定运行的影响,建立了与短路阻抗相关的多绕组变压器等值电路模型。整流器一般采用移相载波调制,既可以大幅减小输入电流畸变率,改善网侧电能质量,又可降低变压器谐波损耗,提高变频器工作效率。当MMP变频器采用移相载波调制时,变压器二次侧绕组之间存在基波环流、谐波环流和直流偏置电流。因此,MMP变频器需要增加均流控制,主要涉及到交流侧环流抑制、直流侧环流抑制和变压器直流偏磁抑制等。首先,采用基于功率下垂控制的环流抑制策略,分别调节q轴电压来分配有功功率、调节d轴电压来分配无功功率,有效地抑制有功环流和无功环流。其次,通过主回路上合理设计功率模块连接方式和杂散电感,选择合适谐振频率点来抑制直流侧环流。最后,针对功率模块输出电压直流偏置的问题,采用比例积分谐振(Proportion Integration Resonant, PIR)调节器消除偏置电压对系统的影响,抑制了变压器直流偏磁。在分析CHB变频器功率单元数学模型基础上,以输入和输出瞬时有功功率平衡为控制目标,给出了PWM整流电流指令。为保证各频率电流的准确跟踪,提出了复矢量PI (Complex Vector PI, CVPI)调节器,实现了各频率电流的完全解耦控制,论证了CVPI调节器相比传统调节器,对谐振频率变化具有更好的鲁棒性。同时,建立了基于卡尔曼滤波的负载电流辨识模型,实时地辨识负载电流大小及其频率。提出的基于CVPI调节器的瞬时有功功率前馈控制策略,大幅减小直流母线电压两倍频的振荡分量,抑制了电机电流谐波和电磁转矩的拍频现象。中压大功率多电平变频器对开关器件的工作频率限制更加严格,采用多电平同步优化PWM (Synchronous Optimal PWM, SOPWM)技术可有效地解决低开关频率的电能质量、功率单元瞬时功率均衡等问题。基于谐波电流最小为评价函数的多电平SOPWM可应用于CHB变频器的异步电机矢量控制。首先,设定谐波电流最小的特定函数优化目标和H桥功率均衡的非线性约束条件,采用遗传算法和约束优化计算,离线计算出开关角度,并在允许的特定函数指标内,连续化开关角度,确保同步优化PWM在实现整个调制比范围内的平滑切换。其次,研究了变频器变压变频时不同调制方式平滑切换问题。最后,利用定子磁链闭环系统仿真证明多电平SOPWM的可行性。多电平SOPWM为低开关频率的大功率交流电机驱动控制提供了新思路。