高压变频调速技术在大功率风机和水泵、以及轧钢工业等方面有着广阔的应用前景。在这些场合，高压变频调速的应用不仅可以节能，还可以显著改善电机运行性能。随着新型电力电子器件向高电压、大电流方向快速发展，多电平拓扑逆变器成为高压变频调速主电路的首选方案，本论文是以株洲电力机车研究所开发的多电平模块级联高压变频器为研究对象。主要包括以下内容：1．对多电平变换器的一些传统拓扑和调制方法作出了概述，在此基础上对新型二极管箝位三电平H桥单元级联多电平拓扑展开了详细的研究，给出了工作原理分析并建立了数学模型。2．本文研究了基于高压变频器的电机矢量控制数字化实现，并给出了无速度传感器转子磁通定向的控制方案。建立了基于静止坐标简化的电机状态空间方程模型，并采用了改进型的电压、电流混合模型磁链观测方法和转速直接计算估计，最后对整个控制系统进行了仿真验证。3．为解决串联H桥多电平变频器由于电压矢量数目过多而带来的计算困难及电压矢量优化选择问题，提出了一种新颖的最优空间矢量控制算法。利用选取与参考矢量距离最近的电压矢量作为最优矢量传送给负载。由于级联型多电平变频器电压矢量空间分布的稠密性，在调制深度足够大的情况下，其误差完全可以被忽略。通过仿真结果和实验证明，该控制算法是正确和有效的。