无功补偿对于提高电力系统的电能质量有重要意义。但是传统的无功补偿装置因为输出谐波过大,需要额外增加专门的滤波设备进行谐波治理;并且受其拓扑结构限制,难以推广到高电压、大容量的应用场合。基于级联结构的模块化多电平变流器具有扩展性好、输出谐波小等优点,成为近年来中高压无功补偿应用的研究热点。首先,本文介绍了模块化多电平变流器的工作原理,分析了模块化多电平变流器输出的谐波特性。在此基础上,本文对载波移相方法和最近电平逼近方法的输出谐波大小进行了比较,并选取谐波特性较好的载波移相方法对变流器中的开关器件进行调制。其次,为了维持直流侧电压的稳定,本文对模块化多电平变流器的直流侧电压平衡方法进行了研究。针对单相系统仅含正序分量的特点,本文提出了适用于单相M-SVG公共直流侧电压的平衡方法。为使子模块电容电压保持稳定和一致,同时抑制MMC环流造成的子模块电压直流侧偏置和公共直流侧电压的两倍频分量,本文提出了基于环流抑制的子模块排序的直流侧电压平衡方法。仿真结果验证了该方法的有效性。最后,为了实现M-SVG直流侧电压平衡和指定无功电流发出的功能,本文搭建了单相5电平M-SVG硬件实验平台。以FPGA+DSP作为控制体系,开发了直流侧电压平衡和无功电流输出控制的软件系统。实验结果表明,本文所提的平衡控制方法使得直流侧电压保持稳定;其中,基于环流抑制的子模块排序方法的使用,提高了子模块直流侧电压一致性,减小了其直流偏置和公共直流侧电压的两倍频分量。同时,装置发出的无功电流可以满足给定的参考无功需求。