本发明公开了一种级联多电平超级电容器储能系统及放电模式控制方法，该系统包括至少两个半桥变换器、超级电容器储能单元、LC串联电路、电压检测单元以及控制器。每个半桥变换器的输入端都与一个超级电容器储能单元并联，各半桥变换器级联连接在公共直流母线的正负极之间。在第一个半桥变换器的输出端正端子与最后一个半桥变换器输出端负端子之间并联LC串联电路。电压检测单元将公共直流母线正极以及各超级电容器端电压传输至控制器，控制器控制各半桥变换器输出直流功率分量同时输出／输入高频交流分量，直流功率分量通过公共直流母线提供给负载，高频交流功率分量在级联半桥变换器和LC串联电路之间流动用于超级电容器的能量均衡。