超导储能装置(SMES)是一种将电能以电磁能的形式储存在超导电感中的新型储能装置。本文是立足于大功率超导储能装置的研究，因此大功率SMES装置选用级联多电平变流器。　　 本文详细分析了级联多电平电压源型变流器在三相电网平衡时的数学模型，分析了变流器和斩波器的工作原理；分析了CPS-SPWM调制技术的原理；介绍了主电路开关管、电容和电感等参数的选取方法，计算了储能装置主要器件的参数，对装置的缓冲保护电路、采样电路以及驱动电路进行了分析设计；深入研究了基于CPS-SPWM调制技术的电压源型变流器的控制方法和斩波器的控制策略。最后在MATLAB中搭建了级联多电平SMES装置的仿真模型，对采用CPS-SPWM调制方式的三级级联H桥电路工作过程、斩波器的工作过程以及级联多电平电压源型SMES的控制策略进行了仿真验证，在仿真的基础上，搭建了三相三级级联的硬件试验平台。针对VSC部分的控制复杂，所需的触发脉冲数目超出了常规控制芯片所能提供的触发脉冲数，本文采用了一种MCU+FPGA的解决方案。编写了以英飞凌的XE164FM MCU加Altera公司的CycloneⅡEP2CSQ208 FPGA芯片为核心控制芯片的控制程序对VSC进行控制。该方法既简化了控制电路的设计，还可以保证触发信号的同步，提高了控制的稳定性和可靠性。在仿真验证和软件设计的基础上，制作了MCU+FPGA的脉冲发生器，试验结果验证了相应控制算法及脉冲发生器的正确性与可行性。