混合箝位多电平逆变器除了具有输出THD值小、器件电压应力低和EMI低等优点,还实现了器件可靠箝位,直流母线电压自平衡等功能。它采用两种及以上的箝位器件混合在一起共同实现箝位功能,拓扑结构和控制更复杂,因而拓扑分析难度增加,系统可靠性下降,三电平以上的拓扑更是如此。论文的工作,就是基于以上几点,对混合箝位多电平逆变器分析和测试方法、载波PWM控制技术及器件的故障诊断等方面进行了研究。首先,论文提出了拓扑分解和开关模态组合的思想,为复杂多电平逆变器新拓扑的分析和构造提供了一条新的思路。论文运用拓扑分解的思想,构造了一个将开关电容电路和悬浮电容四电平逆变器相结合的新拓扑。该拓扑无需设计复杂的冗余开关模态组合来解决电容电压的平衡问题,不受负载性质的限制,可应用于有功和无功变换的场合。初步的仿真研究表明了该拓扑的有效性和合理性。论文还结合多电平逆变器基本单元的概念,提出了将开关电容电路与逆变器基本单元组合构造新拓扑的方法,并初步讨论了其合理性。论文又对电容电压自平衡混合箝位多电平逆变器开关电容电路部分进行改造,得到一种改进拓扑——基于开关电容变换器和二极管箝位变换器的多电平电路(MCT-BSD),并通过仿真和实验验证了该拓扑的有效性和合理性。MCT-BSD拓扑保留了电容电压自动平衡的优点,又减少了开关器件及母线电容的数量,还实现了升压的功能。其次,论文提出了多电平逆变器开关模态切换分析的方法,并运用该方法完成了电容电压自平衡混合箝位多电平逆变器开关模态的分析和拓扑建模。论文还提出“准在线测试”的概念,在电容电压自平衡混合箝位多电平逆变器实验样机的基础上设计和搭建了准在线测试平台,对开关模态切换分析的结果进行了实验验证。然后,论文提出了载波单元和载波子单元的概念,以此为基础构造出几种新的载波波形排列,从而得到几种新的PWM控制方法,从不同方面改善了逆变器的性能。基于“载波单元”的概念,将电容电压自平衡混合箝位多电平逆变器中各个开关管的载波波形用“载波单元”重新排列组合,得到一种高低载波带交替反向PWM(HLCCAPO PWM)控制方法,并通过仿真和实验验证了其有效性和通用性。该方法除了能减少开关次数,还能使谐波能量从低频带向高频带转移,这一特性可简化输出滤波器的设计。针对因死区的存在而导致输出相电压波形中出现意外电平的现象,论文提出了通过改造载波波形来有效消除输出波形中意外电平的PWM控制方法,并进行了仿真和实验,结果表明了该方法在不同调制度下的有效性。最后,论文提出了基于开关模态分析和测试的多电平逆变器故障诊断方法。该方法从逆变器输出的故障波形中提取故障特征,结合开关模态分析和测试方法,通过相关模态下特定电压或电流量的测量,完成器件故障的诊断和定位。论文以电容电压自平衡混合箝位五电平逆变器为对象,对各种器件故障情况下的故障特征进行了分析和归纳,总结出一套故障诊断规则,具有一定的实用性。