近年来,随着工业的发展,发电并网、舰艇驱动、厂矿拖动等领域对大功率变流器的需求越来越多,二极管中点箝位(Neutral Point Clamped,NPC)型三电平变流器得到了广泛的应用。三电平变流技术较传统的两电平变流技术,在采用相同耐压等级器件的情况下,可获得更大的系统容量和更低的谐波含量,需要采用更多的开关器件、更复杂的控制算法,也更易发生不同类型的故障。本文针对传统NPC型三电平变流器提出了一种基于电流路径的故障诊断方法,并提出了一种容错电路结构和一种容错运行控制方法,对未来NPC型三电平变流器的设计与控制具有一定的意义。根据NPC型三电平电路的工作原理,深入分析了其工作于不同状态下的电流路径,提出了一种基于电流路径的故障诊断方法。通过采集桥臂的指定位置的电流信号分析桥臂中的电流路径,再结合桥臂所处的工作状态,综合判断,实现对开关管开路故障的准确定位。针对这一方法在部分场合下不能判断的情况,通过电流过零时间和无功注入的方法对该诊断方法进行修正,并通过Matlab Simulink仿真验证了该诊断方法的可靠性。分析了T型三电平电路的结构与工作原理,结合该电路的特点,提出了一种带有T型冗余第四桥臂的NPC型三电平电路。利用冗余第四桥臂,实现了无故障时稳压、出现故障时替代故障半桥臂维持变流器持续运行的功能,并使用Matlab Simulink验证了该容错电路结构的可行性。研究了三电平空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM)的工作原理以及不同开关管故障对变流器空间矢量的影响。提出通过拓扑重连,利用调制中的冗余矢量实现不同故障下变流器容错运行的方法,并针对减少开关管损耗的目标,对开关管的开关时序进行了优化。最后,综合上述故障诊断、容错电路结构和容错运行控制算法在Matlab Simulink对带有T型第四桥臂的NPC型三电平变流器模型连续发生开关管开路故障进行仿真,实现了初次故障系统持续运行,再次故障系统降额运行的控制效果,验证了故障诊断与容错运行系统的可靠性。