近年来,随着光伏发电系统容量的不断提高,多电平光伏逆变系统得到了迅速发展。多电平功率变换器具有耐压值高、开关应力小等优点,并且能以较低的开关频率实现高质量波形输出。对于多电平光伏发电系统仍然存在较多的问题需要去研究,比如中点电位平衡问题、系统漏电流问题、直流电压利用率问题、开关频率优化问题、控制策略简化问题、抗三相不平衡问题以及上述问题的综合优化问题等。考虑到上述问题,本课题分别对三相三线制混合箝位三电平光伏逆变系统以及三相四线制混合箝位三电平光伏逆变系统进行了相关控制方法和理论、实验研究,分别针对这两种不同的结构得出其多目标最优化方案。首先对太阳能光伏发电的发展和多电平光伏发电系统的研究背景和意义进行了相关分析。对传统多电平光伏系统存在的诸多问题进行研究之后,提出了本课题的研究内容和目标。其次对三相混合箝位型三电平三线制逆变系统的电容充放电回路以及控制方法进行了相关研究,并针对箝位电容放电回路总结出了三条新的实用性的结论。在传统SPWM方式以及注入三次谐波方式的基础上,提出了适合本拓扑结构的两相控制方式。通过分析两相控制方式下的箝位电容充放电回路可知箝位电容可以顺利充放电,从而可以保证中点电位的可靠平衡。但是,无论是两相控制方式还是SPWM方式,都是在传统载波移相方法基础上的。通过分析其开关矢量并结合总结出的三条新的放电结论可知,传统载波移相方法不能充分利用所有的放电回路,这样会导致箝位电容的放电过程偏慢,从而使得系统的动态输出THD有所增加并增加了箝位电容出现泵升可能性。为此,结合总结出的结论,在原有PWM信号的基础上对SPWM方式和两相控制方式的PWM信号进行了相应地改进。改进过后箝位电容放电过程变得更加迅速,从而可以改善系统的动态输出,有效保证箝位电容电压不会超过直流母线电压的一半并可以很好地保证中点电位的平衡。两相控制方式还可以提高约15%的直流母线电压利用率以及减少约1/3的开关损耗。针对两相控制方式,对此拓扑结构的独立运行与并网运行两种模式的控制方法进行了分析。需要说明的是,两相控制方式还适用于更多电平数的逆变系统。再者对三相四线制混合箝位型三电平光伏逆变系统的电容充放电回路以及控制方法进行了相关研究。在上述研究基础上,提出了针对此拓扑结构的3D-SPWM方式。此方式不仅控制简单,还能有效保证中点电位的平衡、削减系统漏电流并可有效抑制三相负载不平衡。对于此拓扑结构的逆变系统,3D-SPWM即可满足系统控制要求而无需控制更加复杂的3D-SVPWM方式。针对3D-SPWM方式,对适合此拓扑结构的独立运行与并网运行两种方式的控制方法进行了分析。最后对三相混合箝位型三电平光伏发电系统的硬件部分与软件部分分别进行了详细地分析,建立了基于FPGA的三电平光伏逆变系统实验平台。经过相关仿真研究后,在此实验平台上进行了实验验证。相关仿真与实验结果表明本文提出的针对混合箝位多电平三相三线系统的两相控制方式以及针对三相四线系统的3D-SPWM方式是有效的。