电力电子变压器(Power Electronic Transformer, PET)牵引传动技术是高速列车牵引传动系统小型轻量化的发展方向之一。以单相多电平级联H桥整流器与中频隔离DC-DC变换器为核心的高速列车PET模式是目前较为典型的方案之一。因此对该PET模式中的单相级联H桥整流器开展研究具有重要的理论价值和工程应用前景。本文以单相级联H桥整流器的直流侧电容电压平衡问题为研究对象,主要从电容电压不平衡现象产生原理、不平衡抑制算法等方面开展研究,具体工作可总结如下：首先,研究了单相级联H桥整流器的拓扑,定义了其等效开关函数,分析了单一模块四种开关模态下对应的三种工作状态,并建立了相应的数学模型。在此基础上,介绍了传统单模块整流器控制与调制算法在级联H桥整流器中的应用及其优缺点。其次,以直流侧电容电压不平衡问题为研究对象,定量分析了调制方法、直流侧电容参数、电容等效串联阻抗、等效负载电阻等因素的变化对直流侧电容电压的影响。分析结果表明：载波移相调制影响整流器输入电流谐波分布,并最终影响直流侧充放电电荷总量,导致电容电压不平衡；直流侧电容参数变化时,电容电压稳态值不变,但电容电压纹波随着电容值增大而减小；电容等效串联阻抗变化时,电容电压稳态值亦不变,但阻抗值越大电容电压纹波就越大；电容电压之比等于负载电阻之比。基于以上分析,本文分别采用了一种基于最大电压误差模块选择的控制与调制算法,并基于MATLAB/Simulink软件对该控制与调制算法进行了仿真验证。与两种传统算法的对比分析表明,该控制与调制算法大大降低了控制系统的复杂度。最后,研制了单相七电平(3模块)级联H桥整流器的小功率实验平台。以DSP+FPGA为双核控制器核心,设计了适用于级联多模块变流器的控制器架构,并成功运用在小功率实验平台上。小功率实验结果很好地验证了理论分析的正确性,以及电容电压平衡算法的可行性和有效性。