抽水蓄能电站在保证电力系统安全、稳定、经济运行中发挥着越来越重要的作用。目前蓄能同步发电／电动机电动工况下多采用静止变频器(SFC)启动。但通常采用的基于晶闸管的负载换相式(LCI)两电平交-直-交SFC存在结构繁杂、可靠性低、启动时间长和谐波干扰等技术缺陷。本文以此为背景,研究新型级联多电平SFC变频启动控制系统。论文将基于三电平NPC/H桥功率单元级联的新型SFC应用于抽水蓄能机组变频启动控制系统中,研究了新型SFC的拓扑结构及工作原理。针对功率单元控制,深入研究了基于60°坐标系的三段式SVPWM控制算法。在此基础上,采用载波移相SPWM技术和空间矢量PWM技术相结合的移相式SVPWM技术实现了级联型SFC的控制。接着研究了电励磁同步电机启动控制系统。研究气隙磁链定向控制原理,结合系统框图介绍启动控制系统。为了准确获取磁链幅及位置信息,设计了适用于全速范围磁链观测的混合磁链闭环观测模型。推导了M-T轴系动态补偿电压,用于补偿电压前馈单元产生的计算误差,实现定子电流闭环控制。最后在MATLAB/Simulink环境下对新型SFC变频启动控制系统进行仿真研究。对SFC输出性能进行仿真研究与分析。同时,对基于气隙磁链定向控制的同步电机进行启动控制仿真研究,验证设计的气隙磁链观测器。仿真研究为新型SFC启动控制系统的物理实现奠定了基础,同时也为其他领域大型同步电动机驱动系统的的研究提供了依据。