随着我国工业水平的发展,能源、交通、国防等各领域均离不开电力电子变换器。级联型多电平变换器由于易扩展、控制简单等优点被越来越多地应用到各种高压大功率场合。PWM交直交变换器因其具有网侧功率因数高,直流侧电压和输出电压稳定、可控等优点被广泛应用于交流电压调节器、不间断电源、有源电力滤波器等电力电子装置中。在这些应用中,为了降低变换器的成本和损耗,有学者提出了一种输入与输出频率一致的单相三桥臂交直交变换器。为了进一步改善交直交变换器网侧和输出侧的波形质量、提高应用场合的耐压等级,本文将T型三电平和级联多电平技术应用到单相三桥臂交直交变换器中。首先通过分析T型三桥臂拓扑的开关模式和数学模型,确立了单极性载波同相层叠调制策略,并通过电容电压前馈来补偿中点电流以实现电容电压平衡,此外计算了T型三桥臂拓扑的开关器件损耗,并将其与NPC型三桥臂在不同开关频率下的损耗进行对比。其次分析了两个T型三桥臂模块级联的交直交拓扑内部电容电压和模块间直流侧电压不平衡的原因,针对级联拓扑无法通过电容前馈来同时实现每个内部电容电压平衡这一难题,提出了整流侧基于单相SVPWM的协调控制以实现模块内部电容均压,以及逆变侧基于载波层叠和调制波补偿的独立控制以实现模块间直流侧均压。针对两种含复用桥臂的交直交拓扑,设计了统一的包含整流侧直流电压外环、输入电流内环的双闭环和逆变侧输出电压幅值单闭环的控制策略,此外还推导了直流侧电压基于双闭环控制下的小信号模型并据此设计了负载电流前馈系数。最后,通过仿真和小功率实验证明了:单模块和两模块级联拓扑交流侧端电压分别为同极性、平整的双五电平和双九电平阶梯波,网侧实现了单位功率因数运行,输出电压为稳定可调的正弦波,系统在电网波动、负载突变、电容参数不一致等条件下都能够维持稳定,同时相比于单模块,级联交直交拓扑不仅改善了波形质量,也大大提高了变换器的功率和耐压等级。