对高压大功率逆变器的需求给混合级联多电平逆变器的发展和应用带来了广阔的机遇,也对其拓扑及调制方法的研究和优化提出了新要求—拓扑和调制方法要简单、可靠又高效。本文首先介绍了多电平逆变器拓扑及调制方法的发展和研究现状。其次,以常见的几种混合级联多电平逆变器拓扑和调制方法为例,介绍了这些拓扑和调制方法的工作原理和特点,阐述了电流倒灌的产生机理及其消除方法的原理,并分析了这些拓扑和调制方法中存在的不足。对于电容钳位型和二极管钳位型混合级联多电平逆变器来说,虽然能以较少的直流电源和开关器件获得较多的输出电平和较高的输出电压质量,但是为保证逆变器的正常工作一般均需要进行电容电压平衡控制。对于混合级联H桥(Cascaded H-bridge,CHB)逆变器来说,为消除电流倒灌和保证输出电压质量,多个高压单元必须工作在高频,调制方法的设计和实现难度也随着级联单元数增加而骤增。从工程应用角度看,这些复杂的拓扑和调制方法都不利于混合CHB逆变器功率等级和可靠性的提高。因此有必要研究简单、可靠又高效的新型混合CHB逆变器拓扑和调制方法,以促进其工业应用。基于此,本文提出了一类新型的混合CHB逆变器构成方案。一是,通过优化直流电压分配规律,提出了一类结构简单且易于扩展的新型混合CHB逆变器拓扑。二是,通过融合阶梯波调制和载波调制思想,提出了混合载波移相调制方法和混合载波层叠调制方法,其中混合载波移相调制方法还具有倍频特性。三是,针对功率平衡问题提出了一种基于逻辑运算的功率平衡方法,该方法能够实现II型混合CHB十三电平逆变器中高压单元之间及低压单元之间的功率平衡。在较低的调制难度下,新拓扑及调制方法增强了高压单元及低压单元的扩展能力、实现了高压单元工作在基波频率频、消除了电流倒灌并保证了输出电压的波形质量。最后,搭建了电压比为1:1:2:2及1:1:1:3的混合CHB十三电平逆变器仿真和实验平台,验证了所提新方案的正确性和可行性。