电力电子变换器在许多能源系统中发挥着关键的接口作用,却又是故障高发环节。因此,提高其可靠性、实现不间断运行和减少停机时间是研究的热点。对变换器进行快速故障诊断是进行及时保护、容错运行的前提,还能减轻检修负担,因此具有重要的应用价值。对变换器非侵入的情况下,即不增加硬件诊断电路、利用已有信号,进行快速和可靠的故障诊断依然是值得研究的问题。本文以两电平逆变器为研究对象,对易发的功率开关管开路故障和电流传感器故障诊断问题进行了研究,并提出了四种诊断方法。首先,针对单电压环控制的三相逆变器,本文提出了基于相电压故障特征的功率开关管故障诊断方法。通过对逆变器故障后输出电压的状态进行分析,发现故障相的相电压会出现特定半周期的近零电压故障特征。基于该故障特征,本文构建了一种滑窗计数算法来实现故障诊断。该方法只需要输出电压信息,计算量小,实现简单。跟已有的基于输出电压的诊断方法相比,所提方法具有更快的诊断速度,能实现多管故障同时诊断。其次,面向输出电压、电流同时采样的三相逆变器应用场合,本文提出了基于误差自适应阈值的功率开关管故障诊断方法。本文首先对逆变器桥臂电压故障特征进行深入分析,给出了不同故障下桥臂电压的偏差特征。针对三线制逆变器和四线制逆变器,分别推导了桥臂间和桥臂中点电压的平均模型。对于电感值受电流偏置影响大的情况,建立了更准确的变电感修正模型。此外,详细分析了采样误差、参数偏差、死区时间等造成的计算误差,并提出了自适应于这些误差的灵活阈值方法来保证鲁棒性。所提方法使诊断速度提高至开关周期级别,解决了基于模型的方法对误差敏感和阈值选取困难的问题。此外,对于单相逆变器功率开关管故障,本文提出了基于故障后重构算法的诊断方法。将前面所提的三相逆变器诊断方法用到单相逆变器时,只能实现故障检测而无法实现故障定位。故障后重构算法,即在检测到故障后将系统重构为特定的运行状态,从而使故障可定位。针对是否含有冗余桥臂,本文提出基于控制重构和基于冗余桥臂重构的两种诊断算法。所提方法提高了诊断速度,解决了无法在逆变运行模式下进行诊断的问题。所提的故障后重构算法对故障诊断提供了一种新思路,具有应用到其它场合和拓扑的潜力。最后,本文将三相逆变器功率开关管故障诊断方法,拓展为功率开关管故障和电流传感器故障综合诊断方法。功率开关管故障和传感器故障的特征相互耦合,如果只考虑其中一种故障,则另一种故障发生时容易引起误诊断。本文首先建立了输出线电压和相电压的偏差模型,并分析得到了不同故障下的偏差特征,然后推导了相应的诊断变量和阈值的计算。此外,本文还考虑了三相系统不对称的情况。将三相不对称引起的误差进行定量分析并加入到阈值中,来提高诊断方法的适应性和鲁棒性。所提方法是目前唯一能实现仅有两个电流传感器的三相逆变器中两种故障综合诊断的方法,而且诊断速度快。