新型无工频变压器级联式功率变换器以其结构模块化、网侧功率因数高、器件耐压低、易于多级拓展等优点,在高压大功率电力传动、静止无功补偿、新能源发电等场合已得到成功应用。该变换器中的级联H桥整流器可以直接接入高压电网,从而省去了传统拓扑中的工频变压器,减少了变换器的占地面积;抑制电源侧电流谐波,实现交流侧单位功率因数,完成系统能量的双向流动,因而近年来关于无工频变压器级联式功率变换器的研究越来越多。首先,本文在对级联H桥整流器的运行原理进行深入分析的基础上,建立了单相及三相级联H桥整流器系统的数学模型,并对数学模型进行了优化。将交流侧电流进行d-q旋转坐标变换,采用前馈解耦的方法实现对无功电流与有功电流的独立控制。针对单相级联H桥整流器系统,提出一种基于三维调制的控制策略,根据检测到的交流侧合成电压及各桥直流侧电容电压,选择合适的调制轨迹,调整各桥的占空比,调节各桥在单位时间内吸收的有功能量,实现对各桥直流侧电容电压快速平衡控制。其次,对三维调制控制策略在三相级联H桥整流器系统中的应用进行研究。针对三相级联H桥整流器系统相间电压平衡问题,采用了负序电压注入的方法,通过向三相整流系统注入负序电压调节各相吸收的有功功率,实现相间电压平衡;相内电压平衡仍釆用三维调制的平衡控制方法。最后,构建基于MATLAB/Simulink仿真模型及基于RT-lab半实物仿真实验电路,对单相及三相系统所作的理论分析进行仿真和实验验证,并对系统启动时及后级负载扰动时的运行特性进行分析。