功率器件是牵引变流器的核心部分，在动车组全速域运行过程中，极易受到温度影响而故障失效。本文首先在两电平牵引变流器中设计了基于转子磁场定向控制的异步空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM）、同步分段特定谐波消除脉宽调制（Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation, SHEPWM）及方波调制的全速域多模式脉宽调制（Pulse Width Modulation, PWM）模型，并根据功率器件触发脉冲判断其工作状态，从而建立实时损耗计算模型，结合热阻网络模型，实时计算工况运行下功率器件的结温。然后针对结温波动范围和结温平均值使用开关频率滞环控制和定子电流PI限幅方法进行结温优化。最后运用Matlab（R2020a）/Simulink进行全速域运行控制仿真和结温计算，与Plecs热仿真软件对比验证。结果表明，热阻抗网络法能够在全速域运行范围内准确计算功率器件结温，结温优化控制方案能够有效控制结温。