本论文针对在大容量电力电子系统中应用越来越广泛的多电平变换器及其控制进行了深入的研究，提出了一种新的多电平逆变器通用空间矢量PWM算法并应用于不同的拓扑电路和多电平控制系统中。 针对多电平变换器的特性和应用需求，通过建立虚轴坐标系下的数学模型，实现了输出电压合成和零序电压控制的分步独立控制。所提出的输出电压合成算法包括多电平空间矢量的区域判断和时间计算，算法简单，数学意义直观清晰，对不同电平数具有通用性。 本文分析了直接求解零序分量对不同拓扑和应用中的电路和优化控制目标进行控制难于实现的原因，提出了采用调制层级和复用矢量分配比两个参数对输出的零序分量进行描述，并据此提出了基于多目标最优控制原理的零序分量控制的一般性思路，并分析和设计了这种控制的基本特点和方法，对不同电路拓扑和控制目标具有通用性。本文分析并给出了针对二极管箝位逆变器中点电压控制和悬浮电容逆变器电容电压控制的具体实现方法。根据零序分量的参数组合表达式，还分析得出了多电平空间矢量PWM的载波调制统一形式，给出了不同调制参数下零序输出和等效调制波的波形变化，总结了其中的规律。 本文采用所提出的空间矢量PWM算法设计了异步电机绕组双端供电系统的一般控制方法，对开环VVVF控制和无速度传感器矢量控制进行了研究，针对闭环控制系统暂态输出电压跳变过大的问题提出了有效的解决方法。构建了三电平绕组双端供电的实验室样机系统，进行了开环和闭环系统设计和实验。 本文基于所提出的通用算法实现了级联式有源滤波电路的空间矢量PWM控制，能显著减小器件的开关频率。提出了控制中避免输出过大电压跳变的有效措施。设计了最大偏移优化控制方法，可以有效的控制多级电容电压的平衡，而应用本文提出的零序控制能够明显提高电容电压平衡控制性能。 通过仿真和实验对所提出的算法和方法进行了设计和验证，结果表明所提出的算法和方法除了具有理论上的创新性，在具体应用中完全可行，具有良好的性能和实用价值。