随着工业牵引、交通运输、电网设备等行业的发展,大容量变流器具有愈发迫切的应用需求和愈发广阔的市场前景。为提高系统转换效率、拓展工业应用范围,大容量变流器正朝着更大功率容量、更高电压等级的方向发展。额定容量的提升意味着系统损耗的增加,成为制约变流器安全运行的核心因素。因此,大容量变流器通常采用低载波比的调制策略,以降低器件开关频率,减小系统运行损耗。然而,低载波比工况使得变流器控制延时增大,不可避免地威胁控制环路的稳定性。其中,电流环作为变流器频率响应最快的最内控制环,受控制延时影响最大。为提升低载波比变流器电流环的稳定性,本文以频域稳定性判据为理论基础,以双边频域建模为分析手段,针对三相对称和三相不对称电流环提出一系列优化控制方法,有效拓展了变流器的低载波比运行范围。首先,针对三相对称电流环,建立经典频域方法的建模误差函数并应用双边频域模型分析了低载波比对稳定性的量化影响。经典频域建模基于dq完全解耦的理论假设,在低载波比工况下会引入不可忽略的建模误差,严重影响电流环的稳定裕度。通过推导建模误差函数与载波比的量化关系,总结出建模误差与载波比的负相关特性,阐明经典频域建模方法的局限性。另一方面,通过复传递函数推导出电流环的双边频域模型,并通过双边频域波特图分析电流环的稳定裕度。借助双边频域模型,量化分析出载波比与电流环稳定裕度的正相关关系,并解释了延时补偿角对增强电流环稳定性的正面作用。其次,针对三相对称电流环,提出矢量角PI控制方法。从双边频域模型可见,低载波比引入的控制延时使得电流环的开环复传递函数呈现频域不对称的特点,在稳定裕度上体现为相位裕度的正负频段不对称。已有相位裕度补偿器通过平移相位特性在一定程度上增强了电流环的稳定性,但不改变正负频段相位裕度之和。本文提出的矢量角PI控制器通过引入两个额外的矢量角控制参数,可增大正负频段相位裕度之和,从而进一步增大电流环的低载波比运行范围。数学推导表明,已有相位平移补偿器可视为矢量角PI控制器的特例。矢量角PI控制器的稳定裕度优于相位平移补偿器,两者均优于经典PI控制器。再次,针对三相不对称电流环,提出基于传递函数矩阵特征轨迹的双边频域建模方法。传递函数矩阵可用来准确描述不对称电流环的模型,广义奈奎斯特判据用传递函数矩阵的特征轨迹在复平面上与(-1,0)的位置关系判定稳定性。利用特征轨迹的双边频域波特图,可更直观地体现出电流环稳定性及稳定裕度的大小。通过数学分析,发现两条特征轨迹之间普遍存在的频域对称特征,并证明描述对称电流环的复传递函数可看作传递函数矩阵的一条特征轨迹,从而揭示了两者的关系。时域仿真表明,特征轨迹的双边频域模型可有效判定低载波比不对称电流环的稳定性。最后,针对三相不对称电流环,提出矢量角PR控制方法。描述不对称电流环的特征轨迹与描述对称电流环的复传递函数在双边频域模型上都具有正负频段不对称的特点,在稳定裕度上体现为正负频段相位裕度不等。利用矩阵对角化工具,可将适用于对称电流环的相位平移补偿器推广到不对称电流环中,形成矩阵相位平移补偿器,通过均衡特征轨迹的正负频段相位裕度实现不对称电流环稳定裕度的提升。进一步地,将适用于对称电流环的矢量角PI控制器推广为适用于静止不对称电流环的矩阵矢量角PR控制器,通过引入两个矢量角控制参数,可增大正负频段的相位裕度之和,进而拓展不对称变流器的低载波比运行范围。文中的主要结论在五电平变流器样机系统上完成实验验证。