本发明公开了一种模块化多电平交流-直流变换系统，包括：一个控制器及多个子模块单元、隔离变压器、直流支撑电容，每个子模块单元的直流侧与一个直流支撑电容并联，直流支撑电容的输出形成变换系统的直流端；每个子模块单元的交流侧连接一个隔离变压器的输出端，隔离变压器的输入端串联形成变换系统的交流端；控制器采集交流侧电流和各子模块单元电容电压，输出所有子模块单元内部功率器件的触发信号，用于交流功率控制、交流输出电压控制、直流支撑电容平均电压控制、直流输出电压控制和子模电容均压控制。本发明提供的系统具备高集成度、紧凑化和低成本等特点，且易于工程实现，可适用于高压大容量和中低压小容量应用场合。