Ngày nay việc xõy dựng và đưa vào cỏc ứng dụng cỏc hệ thống điện dựng năng lượng tỏi tạo đó trở nờn một yờu cầu bức thiết. Cỏc hệ thống năng lượng tỏi tạo đặc trưng bởi cỏc nguồn phỏt phõn tỏn trong một lưới điện yếu quy mụ tương đối nhỏ, cú thể kết nối với điện quốc gia và phải cú khả năng làm việc trong chế độ ốc
đảo. Việc kết nối nguồn phỏt phõn tỏn trong lưới điện nhỏ cú kết nối với lưới quốc gia đũi hỏi cú cỏc bộ biến đổi điện năng tin cậy, hiệu suất cao, kớch thước nhỏ gọn. Biến tần đa mức chớnh là cỏc thiết bị biến đổi cú thể đỏp ứng cỏc yờu cầu này. Như một hệ thống biến đổi dựng để kết nối giữa cỏc phần của lưới điện, bộ biến đổi cần cú khả năng điều khiển dũng cụng suất theo hai chiều, kể cả cụng suất tỏc dụng lẫn cụng suất phản khỏng, hơn nữa phải cú cỏch ly là yờu cầu bắt buộc đảm bảo an toàn.
Trong những năm gần đõy biến tần đa cấp được coi như một giải phỏp hiệu quả cho cỏc ứng dụng cụng suất lớn và điện ỏp cao. Biến tần đa cấp cú thể tạo ra điện ỏp dạng sin từ cỏc bước điện ỏp nhỏ hơn từ cỏc nguồn DC cỏch ly hoặc từ cỏc cấp điện ỏp dựng bộ phõn ỏp bằng một loạt tụ. Biến tần đa cấp cú thể là khõu biến đổi năng lượng điện lý tưởng cho kết nối cỏc nguồn năng lượng tỏi tạo với lưới điện, bao gồm hầu hết cỏc nguồn phõn tỏn như pin mặt trời, pin nhiờn liệu, tua-bin điện sức giú. Cấu trỳc biến tần đa cấp đó được phỏt triển để cú thể sử dụng cỏc thiết bị đúng cắt bỏn dẫn với điện ỏp tương đối thấp cho cỏc ứng dụng yờu cầu điện ỏp cao, cụng suất lớn. Nghịch lưu đa cấp cú ba cấu trỳc cơ bản: 1. Nghịch lưu dựng điụt chốt cỏc mức điện ỏp; 2. Nghịch lưu dựng hệ thống tụ DC tự do; 3. Nghịch lưu nối tầng. Trong nghịch lưu dựng điụt chốt nguồn một chiều DC được tạo ra nhiều mức nhờ hệ thống tụ phõn ỏp, cỏc điụt cú tỏc dụng găm cỏc mức điện ỏp trờn sơ đồ van vào cỏc mức điện ỏp này. Sơ đồ cú thể chỉ cần một nguồn DC duy nhất, tuy nhiờn nhược điểm là cần tới nhiều điụt trong mạch chốt và vấn đề cõn bằng cỏc mức điện ỏp DC tương đối phức tạp. Trong nghịch lưu dựng hệ thống tụ DC tự do thỡ mỗi mức điện ỏp một chiều do một nguồn DC đảm nhiệm và cú tụ DC riờng của mỡnh, do đú sơ đồ khụng cần đến cỏc điụt chốt, khụng cú vấn đề về cõn bằng điện ỏp DC, tuy vậy lại cần cú nhiều nguồn DC cỏch ly. Nghịch lưu nối tầng cú thể cú nhiều dạng nhưng phổ biến nhất là dạng gồm nhiều cầu chữ H nối tiếp với nhau ở phớa xoay chiều, cú ưu điểm lớn nhất là tớnh mụ-đun húa cao. Lợi thế của cỏc nghịch lưu đa cấp dựng cỏc khõu biến đổi nối tầng bao gồm: (1) cỏc van bỏn dẫn chỉ
điện ỏp cần thiết, (3) kết cấu kiểu mụ-đun húa nờn cấu trỳc mạch lực đơn giản hơn, số lượng thiết bị ớt hơn, và (4) vỡ khụng cú biến ỏp hệ thống cú thể đỏp ứng nhanh hơn nhiều.
Như đó biết trong cỏc bộ biến đổi PWM nối lưới thụng thường, để giảm thiểu ảnh hưởng của tần số đúng cắt cao fpwm do quỏ trỡnh điều chế thỡ việc thiết kế cuộn cảm đầu vào và mạch lọc LC cần thiết là khỏ phức tạp. Khụng những thế quỏ trỡnh điều khiển khi đầu vào phớa xoay chiều là mạch LCL cũng là một bài toỏn nan giải. Điều này dẫn đến mối quan tõm lớn đến biến tần đa mức trong cỏc hệ thống thiết bị tham gia vào quỏ trỡnh điều khiển và đảm bảo chất lượng điện năng trong hệ thống điện, tiờu biểu như cỏc hệ thống bự tĩnh (SVC, STATCOM), cỏc hệ thống điều khiển dũng năng lượng (UPFC), phục hồi điện ỏp động (DVR) hay cỏc bộ lọc tớch cực. Tương tự như vậy cỏc ứng dụng trong cỏc hệ truyền động cụng suất lớn, điện ỏp cao (trung thế) biến tần đa cấp cũng đem lại những hiệu quả đỏng kể.
Cấu trỳc bộ biến đổi đưa ra sau đõy đảm bảo hoàn toàn cỏc yờu cầu về truyền cụng suất hai chiều, cỏch ly thụng qua bộ biến đổi DC-AC-AC, trong đú khõu trung gian DC-AC dựng mỏy biến ỏp tần số cao. Nhờ cú khõu trung gian tần số cao kớch thước mỏy biến ỏp sẽ giảm nhỏ đỏng kể, trỏnh được sử dụng mỏy biến ỏp ở tần số cơ bản 50 Hz rất cồng kềnh. Khõu biến đổi AC-AC sử dụng cấu trỳc biến tần trực tiếp kiểu ma trận đảm bảo chức năng truyền cụng suất hai chiều với hiệu quả cao. Nhờ cấu trỳc biến tần trực tiếp với điều khiển chuyển mạch đơn giản theo điện ỏp, khõu trung gian trở nờn thuần bỏn dẫn, kớch thước nhỏ gọn vỡ khụng cần đến cỏc tụ điện lớn.