三电平逆变器容易实现高性能闭环控制，采用双PWM结构还可以实现能量双向流动，非常适合对动态性能有要求的轧钢、机车牵引、矿井提升等大功率工艺性调速场合。三电平变频器和两电平相比，除了面对电机控制和无速度传感器运行的技术问题外，还需要解决三电平拓扑本身所带来的问题，如中点平衡、矢量切换等。中点失衡会导致输出波形畸变，提高对器件耐压的要求，矢量切换要求相电压和线电压都不能超过一个台阶，否则dv/dt过大，增加了开关损耗和输出谐波，也失去了采用三电平的意义。另外，还有很多实际因素制约三电平大容量变频器的高性能化^[1]，包括电力电子器件功率等级、开关频率、EMI和EMC、高压大电流检测、滤波器引起的滞后等因素。

矢量控制采用载波PWM或者空间矢量PWM产生三电平逆变器所需要的脉冲，而这两种PWM方法在两电平逆变器上非常成熟，移植到多电平也相对容易^[2]，中点平衡和矢量切换都可以在PWM层次得到解决，这使得矢量控制较早就被应用到了三电平中^[3，4]。国内外很多科研单位和厂商对基于矢量控制的三电平变频器进行了研究开发，其中西门子公司在矢量控制方面具有传统的优势，其推出的基于IG-BT的三电平中压变频器SIMVERT MV系列即实现了矢量控制，其现在的更新产品是SINAMICS GM150。国内也有不少科研单位对三电平矢量控制进行了研究^[1，5-8]。

直接转矩控制没有单独的PWM环节，根据磁链和转矩控制的需要直接发出需要的电压矢量，控制方法与逆变器的拓扑结构有着密切联系，其主要问题是低速和稳态性能较差。近年来，不少文献在直接转矩控制性能的改善上做了很多工作^[9-14]，但大都集中在两电平逆变器拓扑^[42-44]，局限于实验室和理论研究，在矢量优化上尚未形成统一的理论。目前只有ABB公司推出了成熟的基于直接转矩控制的产品，包括两电平的ACS600和三电平的ACS1000。参考文献[15]对ABB的三电平DTC技术进行了详细介绍，从文中给出的矢量切换图来看，存在线电压的过高跳变，所以输出增加了LC滤波器以改善波形质量，但同时又使得磁链观测比较麻烦。参考文献[16]在传统矢量表的基础上进行了改进，低速时不选择零矢量以避免磁通的跌落，改善了低速性能，在此基础上进一步提出了减少转矩脉动的方案^[17]，但是计算量比较大。参考文献[16]和[17]都是基于开关矢量表，文中没有给出中点控制的实验结果，对于矢量切换也没有说明。参考文献[18]在三电平DTC中采用模糊控制代替传统的矢量表来选择优化矢量，文中只给出了仿真结果，另外也没有考虑中点平衡。参考文献[19]提出了一种基于虚拟矢量法的三电平DTC，可以解决相电压的跳变，但是在同一矢量序列中相邻矢量切换时存在两相同时动作。参考文献[20]改变了矢量合成的方法，在同一矢量序列中不存在两相同时动作，但在不同合成矢量切换时这个问题依然存在。参考文献[21]在参考文献[20]的基础上，进一步将矢量细分并引入多级滞环，改善了低速性能。合成矢量法虽然解决了矢量切换和中点平衡问题，但开关频率较高。参考文献[22]和[23]采用了单一矢量法以减少开关频率，但给出的实验结果较少。在三电平DTC中也可以采用固定开关频率，参考文献[24]采用了预测转矩控制DTC，减少了转矩和磁链脉动。

在三电平逆变器异步电机高性能闭环控制的基础上进一步实现无速度传感器运行，对提高产品的竞争力具有重要意义。ABB在其产品ACS1000中已经实现了无速度传感器运行，调速精度在0.1%～0.5%以内^[25]。国内也有学者在三电平逆变器上实现了无速度传感器运行^[19，26]，但大都是基于小功率样机的结果。实现三电平大功率异步电机无速度传感器运行仍然有许多工作要做。

三电平是应用比较广泛的一种拓扑，这种拓扑在实际应用中必须解决的一个问题是中点平衡。三电平中点平衡问题可以采用硬件的方法解决，如在大容量变频器中通常采用12脉波整流，整流器中点和逆变器中点直接相连，相当于将逆变侧的中点平衡问题转嫁到整流侧，这样有可能导致整流侧的功率不平衡；也可以采用软件的方法，一般认为采用软件解决更加灵活。在三电平中，小矢量存在两个互反的状态，它们对中点的影响是相反的。因此，中点控制主要是通过分配两个小矢量的比例，不同的矢量分配方法导致了五花八门的中点平衡策略，但本质上是一样的。通常可以把中点平衡策略分为三种^[27]：(www.daowen.com)

1）通过矢量的组合来使中点自动平衡^[28]。这种方法基于一个开关周期内电流基本不变，通过同时采用两个相反的小矢量来达到中点平衡，尤其开关频率较高时。其缺点是鲁棒性较差，相当于完全的开环控制，在开关频率有限的前提下，实际中难以控制中点长期稳定平衡。

2）滞环控制策略^[29]。需要检测中点电压和电流，通过判断当前矢量对中点平衡有利与否，决定其时间分配比例。这种方法虽然不能完全控制中点恒定，但可以把中点控制在一定波动范围内，且鲁棒性好，是一种较为实用的方法。

3）主动控制策略^[30]。通过检测中点电压和负载电流的大小，来计算出小矢量的精确作用时间。理论上这种方法最好，可以完全地控制中点电压，但它受检测精度的影响，对系统的软硬件资源要求较高，而且计算出来的矢量时间常常无法满足要求，鲁棒性不如第二种策略。

还有文献^[31]从载波PWM和空间矢量PWM的本质联系角度来分析中点平衡问题，指出调节矢量序列和正负小矢量作用时间的比例在本质上都是调节零序分量，为此提出一种“预估—校验—修正”的方法来得到满足中点平衡的零序电压，但实现相对比较复杂。