二极管箝位型三电平背靠背变换器在诸如轧钢、矿井提升、舰船推进、风力发电等中高压大功率领域具有广阔的应用前景和重要的研究价值。本文重点就三电平背靠背变换器中涉及到的中点电位平衡控制、死区和窄脉冲问题处理、低开关频率的SHEPWM调制以及背靠背系统的协调控制几个方面进行了深入的讨论和研究。针对三电平变换器固有的中点电位波动问题,在阐明中点电位、平均中点电流和零序电压间关系的基础上,指出可通过调整零序电压来改变平均中点电流最终控制中点电位。以此思路为指导,研究了三种中点电位平衡控制的方法。搜索寻优法通过遍寻全部可选的零序电压,计算和比较对应平均中点电流和需补偿中点电流的大小,最终确定最优的零序电压注入。最优零序电压注入法得到了平均中点电流和零序电压的直接表达式关系,通过插值的方法计算得到最优的零序电压。两种方法均能有效抑制中点电位的不平衡,但仍然存在低频电压波动。为解决中点电位的低频波动问题,研究了一种双调制波的中点电位平衡控制方法。通过重构调制波,能够直接控制一个开关周期内平均中点电流始终为零,完全消除了中点电位的低频波动,且对调制度和功率因数均不敏感。针对中高压大功率系统中严重的死区和窄脉冲问题,在深入分析三电平变换器死区效应的基础上,介绍并比较了三种死区补偿方法,得出了采用d-q坐标系的滤波电流反馈死区控制和基于Y-δ坐标系的零电流箝位矫正的死区补偿方法能够有效抑制零电流箝位问题,效果较好。研究并指出了传统的窄脉冲补偿方法或是存在补偿时导致三相不平衡,或是会在补偿某一相时在其他相引入新的窄脉冲问题,提出了一种兼顾三电平中点电位平衡控制的窄脉冲处理方法。直接计算窄脉冲对调制波的限制,在完全避免窄脉冲的同时对中点电位平衡控制的影响也极小。为应对大功率机车牵引传动系统对变换器开关频率的限制,在详细介绍三电平SHEPWM调制技术基本原理、角度计算、曲线拟合和数字实现的基础上,以三电平SHEPWM调制为核心,配合三电平的异步调制和同步调制,提出了一套具有较宽调速范围的低开关频率的混合三电平PWM调制策略。深入分析了不同调制方式之间平滑切换的必要条件,保证了不同调制间的平滑过渡。三电平背靠背变流系统整流和逆变侧的协调控制是系统高性能运行的保证。本文从背靠背系统的功率协调控制和中点电位协调控制两个方面进行了深入的研究。针对背靠背系统的功率协调控制,研究了两种前馈控制方法。阐明了三电平变换器中点电位波动特性,指出在相同调制比下,功率因数越低,中点电位波动幅值越大,在相同的功率因数条件下,调制比越大,中点电位波动幅值越大。最终得到了单个三电平变换器和背靠背三电平变换器的中点电位平衡控制的完全控制域。最后提出了一系列中点电位协调控制的方法并进行了性能比较,得出了采用逆变侧主控、网侧整流辅助控制的协调控制方法性能最好。设计并搭建了三电平背靠背变流系统的仿真和实验平台,通过仿真和实验验证充分说明了本文介绍的各种控制方法的正确性和可行性。