受制于电力电子器件发展水平，传统的两电平变换器拓扑不能满足高压大功率电力电子变换的要求，而且电力电子器件的功率处理能力和开关频率之间是矛盾的，往往功率越大，开关频率越低，高性能的控制实现起来就愈发困难。

基于这一背景，多电平变换器逐渐成为高压大容量电力电子领域中最为热门的研究课题之一。

多电平变换器大多是采用结构、器件串并联、功率模块多重化和变压器结合使用等方案来提高变换器的电压和功率等级。

目前广泛应用在高压大容量变换器场合的典型电力电子拓扑结构主要有：以美国ROBICON公司为代表的H桥级联式结构以及以德国SIMENSE和瑞士ABB公司为代表的二极管中点箝位式（Neutrals Point Clamped/NPC）结构。

H桥级联式变换器是对单个H桥电路进行串联，可以很简单的将电平数任意增加，不受最高承受电压的限制。

但是，这种变换器有两个重要的缺点：首先，由于每个单元需要独立电源，通常的做法采用曲折变压器，大大增加了装置的成本和体积。

其次，到目前为止，尚无有效的方法实现能量的双向流动，这不仅造成了能量的浪费，更重要的是无法完成四象限运行和高性能的加减速控制。

因此，这种结构一般应用在一些调速要求不高的场合。

德国学者Holtz于1977年首次提出三电平逆变器。

而后，日本长冈科技大学A.Nabae 等人于1980年进一步完善构成二极管箝位式的三电平变换器，它的出现为高压大容量电压型变换器的研制开辟了一条新思路，从20世纪80年代开始逐渐成为研究重点。

对三电平变换器拓扑结构稍加改动，可扩展为任意电平的多电平变换器，电平数越多，输出波形越接近正弦，谐波含量越小。

然而在实际应用中，由于受到硬件条件和控制复杂性的制约，通常在满足性能指标的前提下，并不追求过多的电平数。

目前三电平结构最为成熟，应用最多，与传统的两电平相比，三电平变换器功率器件承压低、开关损耗低；输出谐波和dv/dt小，有利于电机或滤波器的绝缘和安全运行；此外三电平变换器共有27个电压空间矢量可供选择，开关矢量组合可供选择的余度大，开关顺序灵活多样，为系统性能的提高提供了可能。

这些优点使得三电平变换器成为高压大容量领域中拓扑结构的主要选择之一，越来越多地应用于高压大容量电力电子变换装置中。

目前针对三电平变换器的研究工作主要集中在高性能控制策略、软开关技术以及在工业实际应用（大容量变频调速、可再生能源利用、电能质量控制）等多个方面。