多电平变换器被广泛应用于各种中高压、大功率场合,例如电机拖动、高压直流输电、柔性交流输电系统等。而层叠式多单元变换器(Stacked Multicell Converter,SMC)作为一种新型多电平变换器拓扑,受到国内外学者的广泛关注。由于直流侧分裂电容以及悬浮电容的存在,该拓扑容易发生中点电压以及悬浮电容电压不平衡的现象。针对以上问题,本文进行深入分析与研究。详细讨论了层叠式多单元变换器的基本工作原理,包括拓扑结构、开关状态、实现方案以及自平衡特性、预充电策略。并在此基础上针对传统载波移相调制谐波性能较差等问题,分析了一种适用于五电平SMC的旋转载波调制策略。由于实际应用中不理想因素的存在,包括死区时间、控制精度限制、控制延时、寄生参数、负载不对称性等,传统的悬浮电容自平衡策略无法保证SMC悬浮电容电压的可靠平衡。针对该问题,分析了三种适用于五电平SMC的悬浮电容电压主动平衡控制策略,包括逻辑公式平衡法、代价函数平衡法以及P控制器平衡法。通过仿真与传统的载波移相调制对比,验证了三种算法的可靠性以及有效性。针对直流侧中点电压不平衡的问题,由于中点电压波动与悬浮电容电压波动之间存在耦合关系,首先分析直流侧电压以及悬浮电容电压波动模型。并在此基础上,针对基于ACVB(Active Capacitor Voltage Balancing)平衡控制策略零序电压选择空间不足以及直流侧与悬浮电容电压耦合处理不充分的问题,提出一种基于最优零序的直流侧联合悬浮电容平衡策略。该方案通过计算中点补偿电流大小,将相应的最优零序分量注入三相调制电压之中以补偿直流侧的波动。针对悬浮电容电压波动,通过改变相应开关矢量的占空比时间以定量的补偿悬浮电容波动。仿真表明,两种方法在调制比较高时平衡效果一致,但在低调制比工况以及动态性能上存在较大差别。设计并搭建了五电平层叠式多单元变换器实验平台,并对本文所提出的平衡策略进行验证与分析,实验结果证明以上策略的正确性以及有效性。