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随着用电需求的日益增长,现存的能源已经不能满足日常生活和工业需要,解决的方法主要有两种:一是开发新能源;二是提高现有的电能利用率。新能源开发与利用主要包括风力发电、核能发电以及太阳能发电;而无功补偿技术不仅能够解决新能源发电带来的电能质量问题,而且也是提高电能利用率的重要途径之一。本文提出了一种基于直流侧电容最小化和PWM脉宽调制法的新型全桥无功补偿技术—静止同步磁能恢复开关(Magnetic Energy Recovery Switch as a Static Synchronous Compensator,STATCOM-MERS),不仅解决 了传统磁能恢复开关(Magnetic Energy Recovery Switch,MERS)响应速度慢,谐波含量大的缺点;而且解决了传统静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)所需电容大的不足,降低了占地面积和建设成本,具有更高的安全性和可靠性。本文首先对磁能恢复开关MERS的几种典型拓扑结构做了简要介绍和对比,阐明了其用作可控电容的基本原理,进一步研究了基于磁能恢复开关的静止无功补偿器(Magnetic Energy Recovery Switch as a static Var Compensator Technology,SVC-MERS)的工作原理,分析了其主要的工作模式和性能特点。结果表明,SVC-MERS能够以较小的电容来实现较大范围内的无功补偿,且控制简单,易于实现。然而,基于相位角的控制策略也带来了响应速度慢,偏离平衡模式时谐波含量大的问题。本文在阐明SVC-MERS存在的主要问题的基础上,提出了以改进的PWM脉宽调制法取代SVC-MERS的相位角控制,结合SVC-MERS内置电容小的特点和传统STATCOM响应速度快,谐波含量小的优势,提出了基于直流侧电容最小化和PWM脉宽调制法的新型全桥无功补偿技术—STATCOM-MERS。其次,本文对新型的无功补偿装置STATCOM-MERS的工作模式进行详细的推导和分析,建立数学模型,分析了不同工作模式下直流测电压的理想波形。重点讨论了直流侧电压波动情况下的PWM脉冲生成方法,在此基础上,提出基于直流侧电容最小化的直流侧电压波形直接控制策略。进一步地,本文研究了STATCOM-MERS的参数设计方法,提出了其连接电感的取值原则,重点探讨了直流侧电容的设计依据。综合电容值大小,耐压要求等因素,对其额定工作点进行最优化的设计。并将其与传统STATCOM的参数设计进行比较。再次,根据参数的选取原则以及提出的新型控制策略,对单相和三相系统的无功补偿进行建模和仿真分析,验证控制策略的可行性;并将STATCOM-MERS与SVC-MERS的谐波特性进行分析比较。最后,对STATCOM-MERS进行硬件电路和软件系统的设计,并搭建STATCOM-MERS的实验平台进行实验验证。