本文将高频交流非隔离式三电平AC-AC变换器中的电平模块进行级联,提出了一族级联式多电平交流变换器。并对四电平Boost交流变换器进行了重点研究。论文首先以三电平Boost交流变换器为例,找出其多电平交流模块单元。对其多电平交流单元的供电模块进行分析,并在此基础上提出一族级联式多电平交流变换器拓扑。其次,研究了工作于不完全充放电和完全充放电两种开关模式下四电平Boost交流变换器的输入输出特性、工作原理以及两种模式优缺点。变换器控制系统采用电压瞬时值反馈控制,并从环路稳定性的角度对闭环控制系统的环路稳定性分析,对控制系统环路各个参数进行计算。论文对四电平Boost交流变换器的两种开关模式进行了仿真,仿真分析结果验证了之前变换器工作原理、控制策略的正确性。对仿真结果指标更优秀的不完全充放电开关模式进行原理样机实验研究,实验各输出波形验证了该变换器作为多电平变换器应有的功率器件电压应力低、输出电压纹波小等特点。最后,对级联式多电平变换器在无功补偿、动态电压恢复两个方面的应用进行研究。以四电平Boost变换器为例,对基于级联式多电平交流变换器的无功补偿装置进行仿真分析,同时对基于级联式多电平交流变换器的动态电压恢复器进行仿真和实验研究。仿真和实验研究结果验证了变换器应用的正确性。