我国经济与科技的高速发展对电能质量提出了更高的要求。静止同步串联补偿器(Static Synchronous Series Compensator,SSSC)能够灵活控制电网潮流、快速进行无功补偿以及抑制次同步振荡,对于改善电力系统的动静态特性以及提高电力系统的稳定性有着重要的意义,因而受到越来越广泛的关注。传统的SSSC装置大多采用中点钳位拓扑结构通过变压器接入系统中,变压器参数设计复杂、体积笨重、损耗巨大,这使得装置响应速度缓慢,阻碍了SSSC的发展与市场化投入。鉴于使用变压器带来的一系列问题,本文对基于级联H桥拓扑结构的无变压器SSSC进行研究。首先,本文从常见的几种多电平拓扑入手,对其工作原理以及器件使用情况进行分析,解释了选择级联H桥多电平拓扑作为SSSC装置主电路拓扑的原因。同时详细分析了级联H桥式无变压器SSSC的优势,并结合当前实际与工程应用现状对其可行性进行了调研。其次,本文在abc坐标系下建立了级联H桥式无变压器SSSC的数学模型,并构建了dq坐标系下的状态方程,采用状态反馈精确线性化解耦方式对系统进行了解耦,在此基础上给出了SSSC的控制策略。考虑到级联H桥多电平拓扑结构中存在的脉冲延时以及开关损耗等问题会导致直流电容电压的不稳定和不平衡,提出了两层直流侧电压控制策略:直流侧电压总体稳定控制旨在通过控制使SSSC装置与系统之间的能量交换达到平衡状态;直流侧电压单元均衡控制通过添加有功修正量的方式实现所有H桥单元能量的均衡。最后,基于上述理论,在Matlab/Simulink仿真平台以及RT-LAB半实物仿真平台上进行了验证。仿真中给出了详细的参数、系统架构以及实验波形。相关实验结果表明,本文搭建的级联H桥式无变压器SSSC模型,在感性和容性补偿状态都具有良好的无功补偿能力,通过控制相关参数可以有效改变线路传输功率,且动态响应速度快,输出波形质量好。文中提出的直流电压控制策略,能够对直流电压进行有效控制,保证SSSC装置安全可靠工作。