级联H桥静止同步补偿器(Static synchronous compensator,STATCOM)能够动态补偿电网中的无功功率,是稳定电力系统电压水平的主要方案之一。该装置具有模块化程度高、电平数易于扩展、能适应不同电压等级等优良性能,代表新型无功补偿装置的发展方向,成为国内外电力领域的研究热点。由于H桥模块电容相互独立,模块间直流侧电压易出现不平衡现象,影响装置的输出波形质量,甚至会危及装置安全运行,因此直流侧电压平衡控制是级联H桥STATCOM的关键技术之一。本文以级联H桥STATCOM装置为研究对象,主要进行了以下四个方面的工作。本文在分析级联H桥STATCOM的拓扑结构和工作原理的基础上,建立STATCOM的等效模型,根据等效模型的特点分析前馈解耦的电流控制策略。分别对采用双极性载波移相调制策略和单极倍频载波移相调制策略的STATCOM输出电压波形进行双重傅里叶分析,得出两种调制的频谱特点并进行仿真分析。为有效解决直流侧电压不平衡的问题,本文建立了H桥模块有功损耗的等效模型,推导出STATCOM装置稳定运行时直流侧电容电压的数学模型,得出并联损耗、开关损耗和脉冲延时的差异是影响直流侧电压的因素,并通过仿真验证理论推导的正确性。同时,对电网中可能出现的串联损耗、电网电压谐波和直流侧电容容值的差异也进行了仿真分析,结果表明直流侧电压不平衡现象与并联损耗、开关损耗和脉冲延时的差异有关,而与串联损耗、电网谐波和电容容值差异无关。本文采用分层控制策略对级联H桥STATCOM直流侧电压进行平衡控制,建立了装置的有功功率模型,对相间有功功率的流动进行分析,基于影响相间有功功率流动的因素研究了零序电压注入的相间平衡策略和负序电流注入的相间平衡策略,并推导出所需的零序电压和负序电流。通过仿真对两种相间平衡策略进行验证,结果表明了两种策略能够有效平衡相间电压。针对相内直流侧电压平衡控制,由于本文采用的单极倍频载波移相调制具有脉冲延时的特点,故采用载波轮换的方式来缓解调制方法造成的电压不均,但仍存在损耗差异造成电压不均的问题。因此,本文采用调整调制波的控制策略,该策略既可以解决脉冲延时差异导致的相内电压不平衡问题,也能够解决损耗差异造成的相内电压不平衡问题,仿真结果表明该策略可以有效平衡相内直流侧电压。本文基于级联H桥STATCOM的实验平台,设计了DSP+FPGA的控制电路,对调制策略及电压平衡策略进行实验验证,结果表明本文采用的控制策略均能有效地实现控制目标,具有良好的动态和静态特性。