近年来,电能质量问题随着非线性、冲击性以及不平衡负荷的不断增加而日益加剧,其中尤以无功、谐波及三相不平衡问题最为突出。级联H桥多电平STATCOM作为广泛用于改善以上电能质量问题的无功补偿装置,本文对级联H桥STATCOM在无功补偿模式和电压补偿模式下的控制策略进行了研究。首先,介绍级联H桥多电平STATCOM的主电路拓扑与工作原理,利用其等效电路结构,分别建立STATCOM在abc、αβ坐标系的数学模型,通过坐标变换关系,推导了平衡和不平衡工况下STATCOM基于dq坐标系的数学模型,以便为后续章节研究提供基础,并根据系统性能要求对主电路参数进行了设计。其次,研究STATCOM在无功补偿模式下的前馈解耦控制策略,为提高STATCOM的电流跟踪精度,引入重复控制。针对重复控制动态响应慢的问题,本文通过减少重复控制周期与利用重复控制串联PI控制来构成复合重复控制,同时给出了其参数设计过程。针对复合重复控制中的内模阶数为非整数而导致STATCOM电流跟踪性能受到影响的问题,提出将分数阶复合重复控制用于STATCOM中,仿真结果表明分数阶复合重复控制具有更好的谐波电流抑制性能。直流侧电压控制采用三级平衡控制策略,通过STATCOM和电网进行有功功率交换来实现总体电压控制,通过零序电压注入法来实现相间电压控制,通过采用改进同向载波层叠调制方式,根据电容电压的高低与充放电状态来调整各H桥单元的调制波,从而实现相内电压控制,仿真验证了该控制策略的正确性和有效性。再次,为提高STATCOM的动态性能,提出在无功补偿模式下基于αβ坐标系的多目标模型电流预测控制(MCPC)策略,并给出多目标MCPC策略的实现方法。以五电平STATCOM为例,采用扇区分区来减少最优开关状态的滚动优化次数。针对STATCOM系统可能出现的模型失配现象,采用电感参数辨识方法进行修正。仿真验证了多目标MCPC策略可有效补偿无功、谐波和不平衡电流,与前馈解耦控制策略相比,其谐波电流抑制性能稍差,但有动态响应快的优势。最后,研究负载不平衡工况下STATCOM的电压补偿控制策略,为实现对公共连接点(PCC)电压相位锁定,研究基于交叉解耦谐振器的锁相环,针对电网中存在的直流电压分量,提出基于消除直流分量的改进交叉解耦谐振器锁相环。通过分析不平衡工况下STATCOM吸收的有功功率,推导了不平衡工况下用于相间均压的零序电压。为消除不平衡负载造成的PCC电压跌落与电压不平衡,研究基于正负双序电流环叠加的电压补偿控制策略,仿真验证了研究控制策略的有效性。该论文有图76幅,表9个,参考文献92篇