随着主动配电网的不断发展,多电平变流器逐渐替代两电平变流器成为高压大容量场合下的首选。在多电平变流器的几种拓扑结构中,级联H桥多电平变流器由于其实现简单,可靠性高,谐波含量低的优点,在静止同步补偿器、固态变压器和有源电力滤波器等多个领域得到了广泛的应用。本文着眼于单相级联H桥多电平变流器,以实现正弦的交流侧电流和平衡的直流侧电容电压为研究目的,进行了工作原理与控制方法分析、功率控制策略研究、稳定性分析和实验验证。全文主要工作如下:(1)工作原理与控制方法分析。分析了级联H桥多电平变流器的拓扑结构和常用的调制策略,并以坐标变换和开关函数描述法为基础建立了多种坐标系下的数学模型。分析了传统的单相级联H桥多电平变流器的矢量(dq)控制方法,指出其可以进行优化的地方。(2)功率控制策略研究。提出了两相αβ和三相abc坐标系下的单相级联H桥多电平变流器功率控制策略以及基于功率的直流侧电容电压平衡策略,并用仿真验证了控制策略的有效性。(3)稳定性分析。利用波特图分析了两相αβ功率控制策略的稳定性(三相abc功率控制策略的稳定性可采用相同方式进行分析)。(4)在以TMS320F28377D为控制器的单相级联H桥多电平变流器实验平台上,从稳态和暂态两个角度验证了两相αβ功率控制策略以及基于功率的直流侧电容电压平衡策略。