电力机车作为运行在电气化铁路中的特殊电力负荷,采用单相工频交流供电,波动性和冲击性强,向电网注入了大量的负序、无功以及谐波电流,严重降低了电网的电能质量,对电力系统的稳定运行和其他电力用户的正常用电产生不可忽视的危害。目前最有效的是使用动态补偿装置改善电能质量。本文首先通过分析了三端口双向直流变换器与H桥变换器的结构特点,提出了一种新型的基于高频隔离的级联型H桥补偿装置。与传统应用于三相三线制系统的星型接线级联补偿器不同的是,此拓扑中引入一个通过高频变压器耦合的三端口双向直流变换器,连接到三相直流储能电容上,使有功能量可以在各相间流动,平衡电网中的负序电流,同时降低了储能电容上的二次脉动。此结构的补偿器可用于三相三线和三相四线制系统。进一步提出了三端口双向直流变换器的均压控制方案；对比了几种补偿电流的检测方法和补偿控制策略；分析了H桥级联结构采用载波移相的控制方法。设计了一套适用于此结构的补偿器的控制策略。对提出的控制策略,使用MATLAB软件进行仿真。分析仿真结果,验证了控制策略的可行性。搭建实验样机,进行主电路、控制电路的器件选型与安装调试,对样机整体结构进行设计优化。通过使用DSP与FPGA的联合控制,实现负序平衡、无功补偿、谐波消除等控制策略。实验结果证明了本文提出的基于高频隔离的级联型H桥补偿器的优越性,同时也发现了存在的问题,为补偿器的改进提供了思路。