三电平逆变器以输出电压阶数多,输出电流谐波含量少,开关器件电压应力小等优势而非常适合中大功率场合使用,而此场合下使用的三电平逆变器前端多采用不控二极管整流,这给电网带来了大量无功和谐波污染,因此在保留三电平优良输出性能同时,研究具有高功率因数和低输入谐波的”绿色”前端整流器,这对确保良好输出性能同时兼顾治理电网问题方面具有重要理论意义和实用价值。因此,本课题以中点箝位(Neutral Point Clamp,NPC)三电平逆变器为输出端,VIENNA整流器或矩阵整流器为前端组成的两种三电平交-直-交变换器(统称输出级NPC三电平交-直-交变换器)为研究对象,对此两种三电平交-直-交变换器即:以VIENNA整流为前级的三电平逆变器调制策略、电压定向电流解耦控制、VIENNA整流器无源性功率控制和三电平矩阵变换器线性、过调制策略,模型预测控制策略进行了研究,其主要工作和成果如下:针对三电平矩阵变换器存在的低电压传输比问题,提出了一种适用于三电平矩阵变换器的过调制策略,该过调制策略在保证优良网侧性能的同时使最大电压传输比从0.866提高到0.955,并具备输出电压基波幅值精确线性控制、谐波畸变率较小和无需预存大量数据,算法简单,易于实现等优势。在MATLAB/Simulink环境下搭建了系统模型进行了仿真验证,并使用样机进行了实验验证,得到的结果良好,从而验证了文中过调制策略的可行性和正确性。针对以VIENNA整流为前级的三电平逆变器整流级存在的固有中点电压波动和传统SVPWM计算繁琐的不足,提出将直流侧中点电压偏差引入到电压定向电流解耦闭环控制中,试图将在两电平空间矢量的基础上,探索出一种适用于三电平的SVPWM简化算法,仿真和实验验证了该方案的可行性。本文将一种基于EL模型的无源性功率控制方法首次拓展至以VIENNA整流为前级的三电平逆变器整流级中,建立了整流级EL模型,验证了其严格无源性,采用阻尼注入法设计了适用于以VIENNA整流为前级的三电平逆变器整流级的无源性功率控制器,并结合直流侧两电容压差进行了均压控制。仿真和实验验证了该方案的可行性,实验结果表明无源性功率控制方案的采用,确保了变换器良好的输入性能,并且在强负载扰动下具有优异的直流稳压特性,更具有良好动态调节性能和中点电压平衡特性。对双三电平矩阵变换器一体化拓扑带来的耦合影响和弱抗干扰性两个固有缺陷,传统空间矢量调制策略需两级协调而相互影响,并是一种近似的开环控制,更加剧了上述两问题的产生。本文提出了一种适用于三电平矩阵变换器的模型预测控制策略,利用三电平矩阵变换器离散数学模型和开关状态,以输入无功和输出电流为控制目标,通过一个采样周期水平上的预测和直观的控制,选择开关状态,能实现输入瞬时无功功率和输出电流参考误差最小,从而使输出电流高度跟随其参考值,且输入功率满足单位功率因数,时刻确保了输入输出性能,提高了传统三电平矩阵变换器的抗扰性,仿真结果验证了该控制策略的可行性和有效性。为了对上述方案进行实验验证,采用TMS320F2812 DSP+CPLD为控制器,选取了检测元件,设计了采样调理、驱动和主电路,并最终搭建了两种三电平交-直-交拓扑实验样机,编写了上述算法实现程序,实验结果与理论分析相一致,从而证明了所提方案的可行性和正确性。