随着现代社会经济快速发展,电力电子技术几乎在所有行业中都得到了广泛的应用,在国民经济中占有十分重要的地位。近年来,能源需求大幅增长、能源紧缺、能源利用和环境保护之间日益凸显的矛盾,使得世界各国对可再生能源的开发和利用愈加重视。各种新兴行业的相继涌现也为电力电子技术的发展提供了新的机遇和空间。但随着社会的发展,电力电子技术的应用场合更加复杂多样,对电力电子装置的需求也不断提高,传统两电平技术已难以满足工业的需求,而多电平技术就成为了现代能源系统中最具代表性的方案之一。本文围绕电力电子领域中的多电平技术,以共直流母线型的多电平变换器为研究对象,从拓扑结构和调制方法两个方面展开研究。多电平变换器拓扑结构种类繁多,变化多样,且每个拓扑都各具特色。如何快速有效地开发出新型多电平拓扑,揭示多电平变换器之间的内在联系,一直是多电平领域的研究热点。本文总结了四种典型的多电平拓扑推演方法的特点,提出了一种基于电压电平扩展的新型推演方法,以已知的多电平变换器的单相结构为基本构造单元,通过在桥臂的顶端和底端串联增加功率开关器件,并分别连接至更高电压的直流母线端,即可推演出更高电平的拓扑。根据该推演方法,推演出了几种新型的飞跨型多电平拓扑结构。在该系列飞跨型多电平拓扑中,本文又深入分析了三种飞跨型变换器——四电平飞跨T型变换器,五电平飞跨混合钳位型变换器和五电平飞跨有源中点钳位型变换器。针对四电平飞跨T型变换器,详细分析了基本原理和运行模式,并与现有的四电平变换器相对比,归纳总结了该变换器的优缺点。根据四电平飞跨T型变换器的电路结构特点和运行模式,分析了变换器所有的有效电流路径,并给出了一套最优的开关状态,可以减少变换器在实际运行过程中,在死区时间内产生的不规则电压跳变现象。基于每个开关状态对飞跨电容的不同影响,通过选择最合适的冗余开关状态控制所有飞跨电容的电压,保证变换器的正常工作。五电平飞跨混合钳位型变换器是采用电压电平扩展方法推演出的一种新型五电平拓扑。对比已知的几种典型五电平变换器拓扑结构的特点,全面评估了该新型拓扑的优劣势。根据该新型拓扑的电路结构特点和运行模式,分析了所有的有效电流路径,并给出了一套最优的开关状态。通过分析每个飞跨电容在一个基波周期内能量变化情况,得出了该变换器的电容电压控制能力,并根据每个开关状态对飞跨电容电压的不同影响,提出了一种简单的电容电压控制方法,使用最少的冗余开关状态即可保证所有飞跨电容电压的平衡。针对五电平飞跨有源钳位型变换器,着重分析了电容电压控制能力,发现在高功率因数和高调制度的情况下该变换器的中间飞跨电容电压难以控制。为了解决这一问题,提出了一种基于冗余电平的混合电容电压控制方法,打破了该变换器电容电压控制能力的局限性,实现了在各调制度和全功率因数范围内所有飞跨电容电压均可控,保证变换器能正常工作。根据这三种飞跨型变换器的理论分析,总结了基于电压电平扩展方法推演得出的飞跨型变换器的共同特点,揭示了推演得到的飞跨型变换器与已知的初始变换器之间的内在联系,并归纳总结了该系列的飞跨型变换器和电压电平扩展推演方法的特点。针对多电平空间矢量调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）算法实现困难的问题,提出了一种改进的多电平SVPWM算法。该算法的基本原理是基于两电平SVPWM的多电平调制算法,整个调制过程只需要三个步骤,且仅涉及简单的数学和逻辑运算。所提算法仅需一步简单的运算即可直接确定参考电压矢量所在两电平小六边形的位置,无需逐层分解和迭代运算,适用于任意n电平的变换器,且算法执行时间几乎相同。与同类型的多电平调制算法相比,所提算法执行时间更短,运行效率更高。本论文共有图88幅,表19个,参考文献188篇。