由于工业生产和生活需求对电能质量的要求越来越严格,普通的无功补偿装置已不能满足高电压、大容量的要求,而多电平技术的提出,有效的解决了这一难题。采用多电平拓扑结构的级联式STATCOM(Static Synchronous Compensator),是变流技术和大功率开关器件结合的补偿装置,良好的补偿性能和动态响应,使其成为当下人们重点关注和研究的热点。虽然级联式STATCOM结构简单且补偿范围更广,在直流侧电容电压平衡控制以及故障处理等问题上,依然是需要重点研究的方向。本文首先论述了STATCOM发展过程和国内外研究现状,对比分析了常用多电平拓扑结构和调制技术,因为级联H桥STATCOM的拓扑结构,不仅减少了开关频率,而且能够减少谐波,扩展容量更简单,所以选择级联H桥拓扑结构和载波相移脉宽调制技术(CPS-SPWM)。通过建立级联式STATCOM的数学模型分析其工作原理,并推导出级联式STATCOM在旋转坐标系下的数学模型,为设计和分析控制,提高系统性能,提供了理论依据。级联式STATCOM各单元的不同损耗差异直接影响到直流侧电压的平衡,所以文中在实现系统无功补偿的同时,解决级联式STATCOM直流侧电压的不平衡也是所要研究的关键问题。为提高级联式STATCOM稳态情况的补偿精度和动态响应速度,文中采用分层控制的策略,分别从总直流侧电压、相间直流母线电压和H桥子模块电容电压进行控制,相间通过零序电压注入使得有功功率合理分配,通过有功矢量叠加达到H桥子模块电容电压的平衡。并且对控制策略和稳压控制通过Matlab/Simulink进行了仿真验证,仿真结果表明控制效果良好,无功补偿性能稳定。最后对级联式STATCOM硬件电路进行设计,并且对搭建的实验平台进行实验验证,实验结果与仿真结果一致,进一步验证控制策略的有效性。