我国大电网跨区域互联以及新能源的大量接入，给电力系统安全稳定运行带来巨大挑战。我国的煤炭、水能以及风能主要分布在西北，北部和中南地区，距离东部和南部负荷中心几百甚至几千公里。为了保证电力的远距离输送，区域电网需要通过超/特高压电网互联为电能输送提供通道。电力网络的跨等级、超大规模互联容易造成电网故障的大范围蔓延，给电力系统的安全可靠运行带来极大挑战。与此同时，在能源危机的背景下，以太阳能、风能为代表的波动性、间歇性新能源大量注入电网，将进一步恶化电网的稳定性。幸运的是，静止无功补偿和柔性高压直流输电技术可以大幅改善电力系统的稳定性，为电网安全可靠运行提供保障。在中高压大功率场合，静止无功补偿器和柔性高压直流输电设备常用的拓扑结构是模块化多电平变流器，包括串联H桥变流器和双星型模块化多电平变流器。这两类变流器分别把配备电力电容器的H桥全桥和半桥电路封装成模块并串联连接，达到中压或高压等级后直接接入交流电网。变流器模块化特性本身为装置的设计、安装、调试、维护带来极大便利，同时也增强了装置的冗余性和可靠性。然而，模块直流侧的悬浮电容器在长期运行时存在电容电压不均衡的隐患，威胁着装置的安全可靠运行，并引发一系列控制问题。本文以电容电压均衡控制为突破口，针对静止无功补偿和柔性高压直流输电的应用，展开深入细致的研究，提出一整套适合于混合型串联H桥变流器和双星型模块化多电平变流器的电容电压均衡控制方法和系统控制策略。首先，高压模块和低压模块串联构成的三角形串联H桥混合型变流器不仅可以改善输出频谱特性、提升系统效率，还具备补偿不平衡非线性负荷的能力。本文提出一种适合于这种拓扑的混合调制方案，使高压模块工作在工频开关模式，低压模块工作在高频PWM模式，在改善变流器输出波形质量的同时又提高了装置运行效率。此外，还提出与调制方法相配套的两种电容电压控制方法，使混合型串联H桥变流器能够补偿无功和谐波电流。在无功补偿应用中，变流器向三角形连接的拓扑中注入基波环流来实现三相变流器之间的均衡控制，在此基础上沿电流方向微调高压模块输出准方波电压的幅值和相位，实现高压和低压模块之间电容电压控制。补偿谐波时，变流器需向三角形拓扑中注入零序基波、三次和五次谐波环流，在维持模块电容电压恒定的同时还能按要求补偿非线性负荷。　其次，基于载波移相调制的双星型模块化多电平变流器相对于串联H桥拓扑具有较多的控制自由度，在保证输出波形质量的前提下还能适应电网不对称故障。本文在文献总结的基础上提出一种基于环流解耦的桥臂电容电压控制方法，将现有三层电容电压控制体系扩展为四层，控制目标和控制过程更加清晰。在该控制策略作用下，一相变流器在调节其上桥臂和下桥臂之间电容电压时，不会影响其它两相变流器的功率配置，实现了三相控制的完全解耦。在此基础上，本文对控制策略进行改进，分别向三个上桥臂和三个下桥臂注入共模三次谐波电压并向各相变流器注入三次谐波环流，以此均衡上桥臂和下桥臂之间电容电压。改进型控制策略使双星型模块化多电平变流器在补偿严重不平衡非线性负荷的同时，还能完全适应电网严重不对称故障，具有良好的动静态补偿效果。再次，低开关频率操作使双星型模块化多电平变流器在高压大功率应用场合（比如HVDC）具有显著的节能效果。本文提出两套适用于双星型模块化多电平变流器的调制策略，即三倍频调制和工频调制。三倍频调制是通过数学分析找出模块输出电压中直流和基波分量的特定关系，以此作为约束条件添加到特定谐波消去的非线性方程组中，并通过离线计算得出模块的开关角。该方法能够保证在一个工频周期内模块吸收功率的均衡，有利于减小电力电容器的容值。为了消除因变流器损耗造成的电容电压偏差，本文为其配备一种基于微调输出电压脉冲宽度的闭环电容电压控制方法，使其在应用中具备电容电压自动纠正能力。工频调制策略是将桥臂内模块分组并定义脉冲参数的内在关系，参考最近电平调制（Nearest　Voltage　Level　Control,　简称NVL）离线计算脉冲参数，再对参数值进行微调使其满足吸收功率自动均衡原则。该控制策略实现了固定工频频率开关，极大地提高了系统效率。同样，本文为其配备了一套基于脉冲沿交换的闭环电容电压控制策略。使其在调节电容电压的同时，不影响输出电流的波形。最后，低频在线调制策略不仅可以节省数字控制器存储空间，还使双星型模块化多电平变流器具备连续调节输出电压的能力。本文提出一种基于载波层叠调制的系统控制策略，在三角载波的峰值和谷值时刻检测电容电压最高和最低的两个模块，依据开关信号交换原则选出其中之一与配置PWM（Pulse　Width　Modulation）信号的模块交换信号，促使电压最高的模块释放能量，电压最低的模块吸收能量，实现模块电容电压的均衡控制。该方法在控制电容电压的过程中不会引人额外的开关动作，交换后开关信号的切换次数与原始开关信号保持一致，在保证装置动静态特性的同时，又提升了系统效率。