本发明属于储能系统领域，具体涉及了一种级联多电平储能系统及其控制方法，旨在解决现有技术中支撑电容电压均压控制和储能元件能量均衡控制耦合严重，导致级联多电平储能系统控制模块复杂，系统充放电控制中难以同时兼顾多个控制目标的问题。本发明包括：三相桥臂组成的级联多电平储能变流器，每一相桥臂包括N个子模块单元；交流控制单元、调制单元和N个子模块控制单元组成的储能系统控制器，交流控制单元运行于并网或离网状态，对高压交流侧的电压或功率进行控制，调制单元根据各子模块中储能元件的荷电状态生成各子模块的开关控制信号，子模块控制单元对支撑电容电压进行控制。本发明控制系统简单，充放电控制策略可以同时兼顾多个控制目标。