基于负离子源的大功率中性束注入系统（Negative-ion-based Neutral Beam Injector,N-NBI）是中国聚变工程实验装置（China Fusion Engineering Test Reactor,CFETR）开展高参数稳态运行与聚变能研究的重要辅助系统之一。加速极电源是为N-NBI提供主要能量的核心部件。功率变换级是加速极电源从电网获取能量、调节输出电压并在发生打火短路时实现关断保护的关键环节,具备功率容量大、输入输出性能要求高、电磁运行环境恶劣等特点。由于国内对N-NBI加速极电源研究与运行经验的匮乏,为了发展加速极电源功率变换级相关技术以满足CFETR N-NBI系统需求,针对功率变换级的高效高可靠性拓扑结构,高精度、低纹波的输出电压控制策略以及强电磁工况下的变流器设计等关键技术,在国家重点研发计划支持下,相继开展了CFETR N-NBI加速极电源功率变换级的概念设计和CFETR N-NBI验证样机加速极电源功率变换级的研制工作。主要的内容和创新如下:（1）开展CFETR加速极电源功率变换级的拓扑研究。分析了多种典型多电平逆变器与大功率整流器拓扑,通过成本、性能、功率容量与可靠性四个维度总结提出了功率变换级拓扑方案的设计方法。针对CFETR N-NBI系统的设计需求,提出了基于三电平中性点钳位（Three-Level Neutral Point Clamped,3L-NPC）整流及五电平级联中性点钳位（Five-Level Cascaded Neutral Point Clamped,5L-NPC/H）逆变的新型功率变换级的拓扑结构,所提拓扑结构解决了ITER等方案中存在的输入功率因数低、直流母线故障危害高,逆变器并联结构复杂等问题。通过对3L-NPC整流器与5L-NPC/H逆变器工作原理与基本特性的分析,完成了功率变换级各个关键参数计算。（2）开展了CFETR加速极电源功率变换级的控制策略研究。基于新型CFETR加速极电源功率变换级的拓扑结构,简要计算了直流发生级的关键参数。针对输入端的3LNPC整流器,通过分析数学模型,确定了基于dq电流解耦的控制策略与基于三次谐波注入的载波调制方法。针对输出端的5L-NPC/H逆变器,利用时频域变换的分析方法,获得了加速极电源在方波调制下的输出幅值特性与纹波特性,根据该特性提出了基于调制系数预设及反馈补偿的控制策略与基于移相角和占空比的载波调制方法。实现了输入谐波电流和无功功率优化,增强了直流母线可靠性,有效提高了输出响应速度、降低纹波电压。仿真结果验证了控制策略的有效性。（3）开展了CFETR验证样机加速极电源功率变换级的设计工作。根据样机电源的实际设计指标,利用功率变换级拓扑方案设计方法与基于时频域变换的多电平逆变器加速极电源输出特性分析方法,确定了基于12脉波整流及3L-NPC逆变的样机功率变换级的拓扑方案以及相应的调制系数预设及反馈补偿控制策略,通过仿真分析验证了电源设计方案与控制策略的性能。然后以样机电源功率变换级为对象,通过对大功率变流器功率器件的理论与实验对比,分析研究功率器件对变流器关断保护的影响。同时依照模块化设计思路,从功率组件、冷却系统、控制系统、辅助供电系统四个部分系统地提出了基于IEGT的大功率变流器设计方案,实验结果表明样机电源功率变换级已具备运行能力。论文对加速极电源功率变换级中拓扑方案设计方法、输出特性分析方法、控制策略以及大功率变流器设计的研究成果与经验,可为CFETR N-NBI系统加速极电源的研究及相关聚变高压大容量电源设计与控制等方面提供有效的参考。