本文围绕集成门极换流晶闸管(IGCT:Integrated gate commutated thyristor)和中点箝位式三电平(NPC-3L:neutral point clamped three level),对中压大容量变流装置的关键技术展开了研究,涉及了IGCT的器件特性和驱动技术、PEBB的实用设计方法、NPC-3L的调制策略以及中点平衡问题的解决。第一,对4000A/4500V系列不对称型IGCT器件的驱动技术进行了研究。根据IGCT的基本结构与运行机理,得到IGCT的开通、关断、导通等基本功能对驱动电路的设计要求。分析了NPC-3L拓扑中不同工况下IGCT门阴极电位的变化规律,探讨了驱动电路对这些工况的检测以及相关的状态反馈、维持电流抑制、重触发等逻辑控制要求。设计研发了4000A/4500V系列不对称型GCT的门极驱动电路,对驱动电路的工作原理进行了说明。最后,通过电路基本功能测试、开关单脉冲测试与三电平工况测试,IGCT驱动的相关理论与驱动电路的性能得到了验证。第二,使用简单的SPWM方式实现了不同控制目标SVPWM调制策略的等效。从线电压伏秒积守恒关系入手,建立线电压坐标系的空间矢量图和开关周期窗口移动图作为推导两种调制方式间等效算法的分析工具,在占空比和矢量序列上为两种调制方式之间的等效架起了桥梁。利用等效工具,以零序注入与调制波分解为手段,以降低开关损耗、优化波形质量、中点电压平衡为控制目标,推导了零序分量与调制波分解量的大小。仿真和实验表明,利用零序注入与调制波分解对多控制目标的SVPWM调制策略进行等效实现,不但简化了调制算法,而且实现了多控制目标调制策略的平滑转换。第三,对NPC-3L变流器中点电位不平衡时,输出交流电压的补偿与中点电位的反馈控制问题进行了研究。提出了基于调制波分解和基于零序注入的两种中点电位反馈控制策略,在保证输出交流电压无畸变的同时还能实现中点电位的任意调节。这两种调制策略都基于SPWM原理,实现简单,适用于强化传统的中点电位平衡控制或需要对上下组直流电压进行分别控制的场合。文中分别给出了调制波分解和零序注入下中点电流的控制范围,并量化了零序注入时中点电位的低频波动幅值大小。第四,提出了一种简单有效的IGCT变流器吸收箝位电路优化参数选取办法。通过换流工况的详细分析,提出了箝位电路的等效电路。根据等效电路进行了响应分析,综合考虑箝位电路的设计原则,作出了箝位电路关键性能与参数选取的关系曲线。根据曲线给出了优化参数的计算公式,不但大大简化了箝位电路的设计过程,而且降低了最小脉宽限制,提高了动态恢复速度。通过设计实例详细说明了箝位电路的设计流程,并进行了仿真与实验验证。第五,对IGCT NPC-3L变流器的热损耗估算方法展开了研究。通过双脉冲测试确定了功率器件开关损耗计算公式的待定系数。针对传统热损耗估算方法限定调制方式和工况理想化引起的误差问题,建立了一种考虑交流电流纹波和中间直流电压脉动的适用于任何调制方式的通用型三电平热损耗仿真模型,PEBB的半桥功率测试说明模型的估算结果可以满足工程设计要求。利用仿真模型,本文还对极限不平衡发热工况下采取不同调制方式时PEBB的载流能力进行了仿真分析。