静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)作为当前先进的无功补偿装置,能快速补偿电网中的无功功率,有效降低电能传输损耗,降低电力设备容量,改善电网质量,维持电网电压稳定。级联H桥(Cascaded H-bridge,CHB)STATCOM具有大容量、易扩展、低输出电压谐波等特点,被广泛应用于高压大功率场合。然而,当装置功率较大、要求输出电平数较多时,对子模块数量的需求会很多,这意味着系统中存在大量的直流电容,为支撑直流侧电压缓冲二倍频波动功率,通常选择功率密度高的电解电容。相比较电解电容,薄膜电容寿命长,耐热性好,受环境变化影响不大,为提升级联H桥变换装置可靠性、延长装置寿命以及降低后期电容维护成本,可以考虑采用薄膜电容取代电解电容。但是,薄膜电容功率密度较低,容值相对较小,给级联H桥变换装置的控制带来了较大挑战。因此研究低容值级联H桥变换器直流侧电压控制策略对提高系统可靠性具有重要意义。电容容值降低会导致STATCOM直流侧电压脉动增大,将影响系统在补偿感性无功功率时的补偿容量;导致系统直流侧电压脉动峰值过大,使系统开关器件损耗增加;以及对低容值级联H桥STATCOM的调制策略精确性产生影响。本文针对低容值级联H桥STATCOM存在的问题进行分析并探讨其解决方案。本文分析了级联H桥STATCOM的拓扑结构,建立了级联H桥STATCOM等效模型,详细分析其工作原理;建立级联H桥STATCOM数学模型,并在dq轴对其双环解耦控制策略进行研究,通过仿真实验验证了STATCOM采用前馈解耦控制具有良好的无功补偿性能。分析了影响级联H桥直流侧各模块电压平衡的因素,采用总体、相间、相内三层电压平衡控制策略,控制各H桥子模块直流侧电容电压基波量趋于一致;详细阐述了级联H桥STATCOM装置直流侧电压产生二倍频波动的原因;研究电容取值对级联H桥STATCOM直流侧电压峰值的影响;同时对低容值状况下电容电压大幅波动对载波移相调制策略产生的影响进行分析,并将载波幅值可调PWM技术与单极倍频载波移相调制策略相结合,在满足较高等效开关频率的前提下,使其能够适用于电容电压大幅波动的场合。通过仿真验证了电压平衡控制策略以及单极倍频载波幅值可调PWM技术的有效性。为降低低容值级联H桥STATCOM装置的直流侧电容电压波动,对传统的电压波动抑制策略进行改进,将模型预测控制与注入零序电压抑制电容电压波动的控制方案相结合,提出一种基于模型预测控制的电容电压波动控制策略;控制注入级联H桥的零序电压幅值在剩余调制电压范围之内,避免了系统出现过调制的可能;通过模型预测控制预测注入零序电压后电容电压波动状况,以此来控制级联H桥电容电压达到波动最小以及相间平衡的目标。仿真和实验结果验证了所提出的基于模型预测控制的电压波动控制策略的有效性和可行性。对低容值级联H桥STATCOM直流侧电压波动在不同工况下对补偿容量的影响进行分析,得出系统在容性工况下电容波动电压峰值与级联H桥输出电压波峰对应的关系,以及直流侧电容电压波动对STATCOM补偿容性无功功率的补偿容量并无影响的结论。根据对其电压波动规律的分析,在低容值级联H桥系统补偿容性无功功率时采取抑制电容波动峰值电压的控制策略,通过注入特定三倍频零序电压,控制STATCOM在补偿容性无功功率时电容电压峰值在满足系统调制要求的前提下达到最低。仿真分析验证了LC-CHB STATCOM电容电压波动与系统补偿容量关系的正确性以及容性工况级联H桥直流侧电容电压峰值抑制策略的可行性。结合Matlab/Simulink仿真平台以及搭建的实验平台,对本文提出的电容电压平衡控制,基于模型预测控制的电容电压控制策略,基于三倍频零序电压注入的电容电压峰值控制,单极倍频载波幅值可调PWM技术进行验证,仿真和实验结果表明本文理论推导结果的正确性及所提控制策略的有效性。