自第二次工业革命开启电气化进程以来,电能这种高效、优质的二次能源日渐成为人类社会正常运行以及发展过程中不可或缺的部分。电能的开发和使用与电力系统息息相关,其中变压器起到至关重要的作用。目前,电力系统普遍采用的是结构简单、可靠性高并且价格低廉的工频变压器。但是,随着可再生能源发电和储能设备的大规模并网以及交通运输领域电气化程度的不断加深,工频变压器已无法满足上述领域的发展需求。相比之下,固态变压器（Solid State Transformer,SST）具有电能质量管理的能力和尺寸与重量方面的优势,能够更好的为电力系统提供硬件支持。因此,对其拓扑结构、相关特性和控制技术进行深入研究的意义重大。本论文以单相三级型SST（级联H桥型高压级、双有源桥型隔离级和三相逆变器型低压级）为研究对象,重点围绕高压直流电压平衡控制技术、功率平衡控制技术和电网信号正负序分量检测技术等方面开展研究。主要研究内容如下:（1）建立单相三级型SST的开关模型与平均模型,推导高压级dq解耦控制、隔离级并联电压控制和低压级恒功率控制的主要传递函数,并且根据传递函数的伯德图分别设计PI控制器的参数。在Matlab/Simulink软件中搭建单相SST仿真平台,验证各级控制器的设计和功能。（2）提出高压级的直流电压和无功功率平衡控制策略,有效提高系统的可靠性。首先,基于dq矢量控制的瞬时功率计算方法,分析高压级处于不同运行工况时直流电压平衡控制所产生的有功占空比修正量对无功功率的影响,揭示出SST对电网进行无功功率补偿时有功占空比修正量将会导致无功功率分配不均衡的现象。通过根据各H桥模块的有功占空比修正量对无功占空比进行修正,实现高压级在所有工况运行时的无功功率平均分配。此外,基于高压级的有功和无功电流动态方程,研究导致直流电压和无功功率平衡控制对dq解耦控制产生干扰的原因。通过开环修正任意一个H桥模块的有功占空比使高压级的有功占空比修正量和直流电压的乘积之和为零,基本消除附加平衡控制与dq解耦控制之间的耦合效应。（3）提出隔离级的电压平衡控制策略,有效提高系统的电能传输质量。首先,研究高压级各H桥模块采用相同调制比进行控制时的输出直流电流特性,建立隔离级输入串联-输出并联结构的等效模型。然后,基于输出电压动态方程,分析对双有源桥（Dual Active Bridge,DAB）模块的移相比进行直接调节的并联电压控制与电压平衡控制在系统动态运时的耦合关系,发现它们之间存在的是难以对解耦控制进行设计的非线性耦合。通过引入中间控制量使它们对各模块的移相比进行间接调节将非线性耦合转变成线性耦合,降低解耦控制的设计难度。最后,研究线性耦合的解耦控制方法,通过使各模块的中间控制量修正量和输入直流电压的乘积之和为零,实现并联电压控制与电压平衡控制之间的稳态和动态解耦。（4）提出隔离级的无电流传感器功率平衡控制策略,有效提高系统的经济性和可靠性。首先,基于SST的平均模型,分析隔离级传输功率的检测方式,研究高压级和隔离级以及直流电容之间的功率流动关系。通过根据各H桥模块的输出功率和直流电容的扰动功率对各DAB模块的传输功率进行估算,省去高分辨率的电流传感器。同时,基于输出电压动态方程和DAB模块传输功率的表达式分别研究功率平衡控制对并联电压控制和总传输功率的影响,结果表明隔离级电压平衡控制策略中采用的解耦控制方法同样适用于功率平衡控制策略。（5）提出电网处于复杂工况运行时的正负序分量检测策略,有效提高系统的稳定性。首先,基于低压级在电网处于不平衡工况时的恒功率控制策略,分析电网信号正负序分量检测结果的准确性对功率控制和基于dq坐标系的锁相环性能的影响。然后,基于αβ坐标系的正负序检测方法,分析自适应陷波器的输出特性,揭示其输出信号会受到输入信号中直流分量干扰的原因。通过对其结构进行修正,消除输出信号中的直流分量。最后,研究正序和负序分量中高次谐波的抑制方法,通过组合改进型PR控制器和多变量滤波器,有效降低高次谐波对控制系统的干扰。