近年来随着电力电子装置在中高压、大功率场合广泛的应用,多电平功率变换技术逐渐成为研究热点。在多电平变换技术中,最早出现二极管钳位型及飞跨电容型多电平两种电路拓扑。由于这两种拓扑随着输出电平数目增多,半导体器件及电容的数目也急剧增加;且该类拓扑的控制系统设计及电容平衡问题也会随着电平数的增多而变得更加复杂,难以设计。因此,这类拓扑也只适用于在中低压系统中。随着大功率电路模块化集成化的迅速发展,串联模块的想法应运而生,从而出现了级联多电平结构。本文就是围绕着级联结构在中压变频技术应用展开研究。由于级联的功率模块拓扑不一样,可分为传统H桥模块,T型模块,二极管钳位型模块和矩阵变换器模块等。本文先分析了近年来基于不同功率模块级联结构中压变频器的各自的优劣性。并在MATLAB/Simulink给出了相应仿真结果进行论证。通过比较,最终选择在工控行业中应用最为广泛的级联H桥多电平拓扑作为本文的研究对象,并说明其在中压变频应用场合中的优势。针对目前在H桥模块直流环节电压纹波问题在不影响中压网侧电流的前提下提出相关的优化策略。文中先是分析了引起直流环节电压波动的原因;其次,基于三相PWM整流器的有源前端电路的控制系统进行了相关的优化分析,并提出用输出功率中的波动分量来优化模块内直流电压纹波;最后,在控制系统中实现变频器的功率回馈的四象限功能。此外,文中还给出了基于转子磁场定向的矢量控制调速系统的设计,并在两象限中压级联H桥拓扑中进行了多电平调速仿真验证。同时,也进行了四象限的中压变频调速的仿真验证及所提出来的直流电压纹波优化策略的可行性验证。