级联多电平变换器(Cascaded Multilevel Converter,CMC)具备交流谐波含量小、电压等级高、结构模块化、扩展性强的优点,将其作为分布式电源或储能设备的并网接口已成为近年来电力电子功率变换以及新能源发电技术领域的研究热点之一。级联多电平变换器尽管已在电能质量管理、变频驱动等工业场合成功应用,但分布式电源或储能单元的引入仍会为其带来新的问题和要求。本文探索了级联多电平变换器子模块的直流侧低频电流纹波抑制策略,提出了一种结构更为简单、直流侧电流纹波小的新型级联多电平变换电路,并研究了其分相瞬时控制策略以及不对称系统工况下的运行特性。级联多电平变换器子模块的直流侧电流中一般包含大量以二次谐波为主的低频成分,这将恶化接入的储能单元的性能,或影响分布式电源的功率跟踪控制。为了抑制直流侧输入电流中的低频纹波,可将储能或分布式电源经过一级DC/DC变换器接入到各个子模块H桥的直流端口,以增加控制自由度,实现对输入电流的控制。针对这种基于两级式变换的子模块电路结构,本文提出了一种基于前级DC/DC变换器负载电流前馈的低频电流纹波抑制策略。该方案控制两级式子模块的中间直流母线电容上产生合理大小的二倍频脉动电压,迫使直流电容承担几乎所有的低频纹波电流。此外,本文还给出了该控制方案的实现方法、系统性能分析以及参数设计原则,并在两级式电路实验平台上验证了该方法的有效性。该控制策略的采用可大大减小输入电流中低频纹波的含量,且不会影响到两级式子模块电路的其他动态和稳态特性。该控制策略实现简单,不会增加原始控制器参数的设计复杂度,因此很容易应用到基于两级式子模块结构的级联多电平变换器控制系统中。为进一步简化上述级联多电平变换器的子模块结构,本文研究了一种单级式子模块电路。基于开关管复用技术,该电路可以在较少的器件数量下,同时实现直交功率变换以及低频输入电流纹波抑制等功能。本文首先分析了该单级式子模块电路与常规两级式电路在低频电流纹波传导以及电路模型上的等效性,然后基于以上分析提出了一种控制策略,实现对单级式变换器的直流输入以及交流输出端口特性的同时控制;通过对照性研究,揭示了单级式和两级式子模块电路在器件额定以及动态特性上的相似性;最后在两种电路的实验平台上验证控制策略的有效性和性能分析的准确性。该单级式电路比较适用于对开关器件数量以及低频输入电流纹波敏感的场合,因此可用作级联多电平变换器的子模块电路结构。本文将开关管复用思想与多电平技术相结合,提出了一种基于上述单级式子模块结构的新型级联多电平变换器。除了具有输出谐波特性好、等效开关频率高、结构模块化等一般多电平变流器的优势外,无需添加额外的有源滤波器,该拓扑结构便可实现对低频输入电流纹波的抑制。因此,该拓扑所需的开关器件更少,系统结构简单,非常适合用作分布式电源或储能设备的功率变换器。针对三角形连接的新型级联多电平变换器提出了一种分相瞬时控制策略。该控制可进行子模块间的功率再分配以及子模块内部的功率控制,从而有效实现变换器的交流输出功率控制、储能单元充放电均衡、直流电容电压均衡以及低频输入电流纹波抑制等功能。各层控制相互独立,互不影响。最后,分析了该级联多电平变换器的交流输出谐波特性,并在PSCAD/EMTDC仿真模型以及实验平台中验证了所提出的电路结构及其控制方案的有效性。针对星形结构的级联多电平变换器在不对称系统电压下的运行问题,本文提出了一种基于最优零序电流给定分离的分相瞬时控制策略。采用分相瞬时控制,级联多电平变换器的各相电路将均被视为一个独立的单相并网变换器,因此具有自动适应不对称电网的运行能力。而所提出的最优零序电流给定分离算法,可在不影响其他控制环节的前提下,通过合理改变无功电流给定,消除不对称系统电压下分相控制器产生的三相电流给定中的零序分量。通过分析其运行特性发现,在该控制策略下星形级联多电平变换器输出电流中负序成分的含量以及电压应力的大小均与电网电压不平衡度呈线性关系。最后,利用PSCAD/EMTDC仿真模型以及实际物理平台验证了本文所提出控制策略的有效性以及理论分析的正确性。