随着变流器广泛应用于牵引传动系统,直流输电,不间断电源,电力电子变压器,风力、太阳能发电及并网等领域,变流器的拓扑结构、调制方法、控制算法均成为了电力电子领域的热门研究点。其中,级联H桥拓扑结构以其模块化程度高,输出电平相同时所需开关器件最少,及开关器件应力小等优点得到了广泛应用。本文以级联H桥变流器为研究对象,对其空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)方法与(Model Predictive Control,MPC)算法展开研究。在分析单相级联H桥(Cascaded H-bridges,CHB)变流器拓扑结构与工作原理的基础上,参考载波移相调制(Phase-Shift Carrier-Based PWM,PS-CBPWM)方法的原理,将单相多电平SVPWM简化为单相两电平SVPWM,并根据单相两电平SVPWM原理对各H桥完成调制相关计算。通过简单修改参数实现了单相七电平、九电平、十一电平SVPWM,并基于半实物实验平台进行了可行性验证。基于该核心思想,针对三相CHB变流器,给出了一种简化三相多电平SVPWM方法。在对三相CHB变流器工作原理进行详细分析后,根据单个H桥开关状态与输出电压的对应关系,将单个H桥等效为三相三电平变流器的一个桥臂,从而将每一个三相H桥单元等效为独立的三相三电平变流器,并根据三相三电平SVPWM原理分别对各三相H桥单元实施调制。针对单个三相H桥单元,根据三相三电平电压矢量空间内六个扇区的对称性,在1扇区内完成电压矢量作用时间与开关切换时间的计算。然后,将在1扇区得到的开关切换时间映射到参考电压矢量所在的真实扇区,并用于生成PWM信号。结合FPGA处理速度快、硬件稳定性好、可移植性好等优点,给出了基于FPGA的实现方案,并通过实验验证了此种简化三相多电平SVPWM方法的有效性。针对适用于单相CHB整流器的MPC算法,将每一个H桥视为独立的整流器,给出了一种模块化MPC算法。该算法将采样周期分割为n个相等的时间间隔,采用串行计算模式,在每一个时间间隔内对单个H桥求解模型预测相关数学优化问题。在针对单个H桥求解最优调制函数时,将电容电压平衡项嵌入其中,并通过改变电容电压平衡权重系数实现了对电容电压平衡能力的调节。同时,为了降低系统采样率以及避免重复采样,给出了针对网侧电压、电流及电容电压的补偿算法。为了验证该算法的性能,通过半实物实验对模块化MPC算法与传统瞬态电流控制算法在稳态和网侧电流参考值突变两种情况下的性能进行了对比。相比于瞬态电流控制算法,模块化MPC算法能够消除网侧电流稳态误差,实现无差拍补偿。同时,相比于传统的电容电压平衡方法,模块化MPC算法在实现电容电压平衡控制时避免了PI控制器和冗余开关状态表的使用,且通过简单地修改即可适用于具有不同H桥数的单相CHB整流器。此外,为了降低系统复杂度,利用有限的I/O增大系统容量,对模块化MPC算法的应用领域进行扩展。针对无直流侧电压传感器单相CHB光伏逆变器,给出了一种结合直流侧电容电压估计的MPC算法。该算法通过对单个H桥与单相CHB型逆变器输出电压的关系进行分析,将单个H桥输出电压的估计简化为并网逆变器输出电压的增量计算。最后,对适用于无直流侧电压传感器单相CHB光伏逆变器的MPC算法与基于PI控制器的电流控制算法进行了对比研究。实验结果表明,适用于无直流侧电压传感器单相CHB光伏逆变器的MPC算法在实现网侧电流跟踪与电容电压平衡的同时,可以对各H桥直流侧电容电压进行准确的估计。