电力电子变换器是现代能源系统中的核心部件,其可靠性直接影响设备长期稳定运行。直流侧电容是变换器中最脆弱的环节,采用薄膜电容替代电解电容可提高可靠性,但薄膜电容功率密度低,等值替换会导致装置成本增加与体积过大。故研究低容值变换器对提升变换器可靠性具有重要意义,考虑到直流侧电容值的减小会导致变换器输出性能受限和暂态特性差的问题,本文围绕着低容值级联H桥静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator,STATCOM）的实现方法与优化控制策略展开研究。利用直流侧电压波动特性可减小电容值,但直流侧电压的大幅波动会限制级联H桥STATCOM感性补偿能力。针对该问题,通过分析影响级联H桥STATCOM感性补偿能力的因素,将滤波电感作为改善级联H桥STATCOM感性工作范围的调节量。利用系统阻抗标幺化的方式对滤波电感进行约束,建立滤波电感与系统额定功率间的关系,推导出直流侧电容取值与STATCOM额定功率间的解析式,由此提出了STATCOM全工况下的低电容值设计方法。在此基础上,给出了低容值级联H桥STATCOM控制策略及调节器参数设计方法。实验结果表明,当滤波电感标幺阻抗为15%时,所提电容值设计方法可减小约66%的电容值。针对传统相间平衡控制策略导致低容值级联H桥STATCOM电容电压暂态特性差的问题,通过分析影响相间平衡控制动态性的因素,提出了一种直流侧电压大幅波动下模型预测快速相间平衡控制策略。该方法利用三相电容波动电势能的对称特性,构建了可依据直流侧电压瞬时值评估相间平衡状态的价值函数,避免了低通滤波器的使用。利用模型预测多目标优化的特点,通过对零序电压子集添加约束,可有效防止系统过调制与电容电压暂态过冲问题。实验结果表明,模型预测相间平衡控制方法可缩减调节时间50%以上。Buck型低频脉动功率解耦电路需要有功控制环来调节辅助电容电压,为其正常运行提供前提条件。采用低带宽调节器虽然可避免辅助电容电压波动分量对电压调节的影响,但易导致辅助电容电压超出有效工作范围,影响功率解耦电路的正常运行。为解决该问题,本文阐明了采用电容电势能作为控制量的优势,并依据电容电势能二倍频正弦波动特性,将电容平均电势能作为扰动状态量,构建一种辅助电容平均电势能快速提取观测器。利用该观测器可以提高平均电势能的提取速度,改善解耦电路有功控制的动态性,可保障解耦电路的稳定运行。实验结果表明,利用电容平均电势能观测器可抑制约67%的暂态冲击电压。工作于断续导通模式（Discontinuous Conduction Mode,DCM）的Buck型低频波动功率解耦电路,其电感电流峰值会随功率的增加而急剧增大,不利于解耦电路的硬件设计。通过分析辅助电感取值对解耦电路电感工作模式的影响,阐明了解耦电路的混合导通模式（Mixed Conduction Mode,MCM）工作原理,分别构建断续导通模式与连续导通模式（Continuous Conduction Mode,CCM）的控制模型,理清了MCM模式的控制难点。针对基于电容电压估算的混合导通控制方法易受电容电压估算精度影响的问题,提出了一种基于脉冲功率的MCM模式占空比计算方法。该方法实现简单,无需模式检测,可自主实现工作模式切换,满足解耦电路低功率下DCM模式与大功率下MCM模式的工作需求。仿真及实验验证了脉冲功率混合导通控制的正确性和可行性;且与全功率DCM模式运行相比,可减少约13.5%的器件损耗。本论文共有图115幅,表9个,参考文献175篇。