随着电力电子技术的飞速发展,现代配电网中电力电子设备数量日益增加,此类设备普遍具有小惯性特点,大大增加了配网无功补偿和电能质量控制的复杂性和技术难度。为解决上述问题,响应速度更快的静止无功补偿装置(static synchronous compensator,STATCOM)得到了推广应用,但受限于开关器件耐压水平,传统中高压直挂式STATCOM结构复杂、成本高昂,难以满足经济技术需求。因此,适当降低STATCOM的工作电压,提高装置直接接入母线的电压水平且不过多增加附属设备,大力推动设备集成化是未来STATCOM技术的重要发展方向之一。为了降低STATCOM接入的电压应力和综合成本、提高设备集成度、优化综合补偿效果,本文以配网高低电压等级交汇点的配电变压器作为无功补偿和电能质量控制的关键节点,围绕配电变压器集成化静止补偿系统(STATCOM integrated with distribution transformer,DT-STATCOM)的作用机理及控制技术开展研究工作。配电网中STATCOM具有多种接入方式,论文通过深入对比不同接入方式的特点,从降低补偿装置接入电压应力的角度给出多种配电变压器集成化静止补偿结构,实现了 STATCOM接入电压的灵活选取。在此基础上,重点研究DT-STATCOM系统补偿机理,利用多绕组变压器理论建立了反映STATCOM与变压器特殊耦合关系的数学模型,从电路、磁场和功率等多个角度阐述了变压器集成化静止补偿系统的工作原理。为避免注入补偿电流后引起绕组电流过载,采用稳态相量分析法,揭示了注入补偿电流后绕组电流的分布特性,推导了绕组可注入补偿容量的约束条件。通过仿真和硬件实验,验证了 DT-STATCOM系统注入补偿电流后电流幅值和相位的变化特性。在DT-STATCOM系统具体实现方式上,本文从一次系统结构和关键控制环节两个方面,完成了 DT-STATCOM系统总体方案设计。首先,研究采用级联型STATCOM进行补偿电流注入,满足系统灵活扩展性和高度集成化的需求;设计了含无源阻尼的LCL滤波器,减少了高频开关谐波注入。然后,针对DT-STATCOM系统跨变压器测量控制的特点,提出了一种改进的跨元件的指令电流获取技术,利用幅值和相位补偿,突破了检测点和补偿点位置不同的局限,同时考虑补偿容量的约束;针对级联型STATCOM直流电容电压稳定控制问题,采用三层均压控制策略,并提出了各均压控制环参数设计方法;为满足多目标补偿需求,提出一种基于动态权重分配的综合补偿策略。最后,通过数字仿真验证了 DT-STATCOM的无功补偿效果和扩展性。针对传统STATCOM内环控制暂态响应速度缓慢、适应性较差的问题,论文从DT-STATCOM系统端口能量耗散特性出发,基于欧拉-拉格朗日方程,建立了 DT-STATCOM系统无源控制模型,并通过附加虚拟注入阻尼,提高系统的暂态响应速度。论文揭示出无源控制本质上是一种含输入前馈的复合控制,并提出了注入阻尼参数的设计方法。针对长期运行中电感、电阻等参数摄动对无源控制性能的影响,提出了一种自适应无源控制策略,减小了参数摄动对无源控制器性能的影响,仿真和动模实验结果表明,采用无源控制的DT-STATCOM系统具有良好的暂态响应特性和稳态跟踪精度。为解决传统STATCOM控制系统开发过程效率低下、早期测试验证困难问题,本文提出基于模型的DT-STATCOM控制系统设计方法,利用图形化建模工具和自动代码生成技术,提高了 STATCOM控制系统的开发效率;同时采用半实物仿真技术,实现了 STATCOM控制算法的早期测试验证;研究了 STATCOM实时仿真中仿真步长对PWM脉冲精度的影响问题,并提出了两种基于插值法的脉冲误差补偿方法,降低了“脉冲抖动”和延时对实时仿真精度的影响,提高了半实物仿真的置信度。在理论分析和半实物仿真的基础上,开发了基于级联型多电平结构的DT-STATCOM系统动模实验平台,在平台上完成启动性能、绕组电流分布、无功补偿(稳态、动态和参数摄动等工况)、选择性谐波补偿、无功谐波综合补偿、负载三相电流不平衡校正等多项动模实验,充分验证了机理研究和控制方法的正确性和有效性,实验结果表明DT-STATCOM系统具有良好的补偿效果和快速的动态响应特性。