超导磁约束聚变装置电源系统需要实时输出任意变化、可调的直流电压和电流,系统运行过程中,向电网注入大量的低频谐波以及非特征次谐波电流,危及电网和其他设备的安全稳定运行。针对Tokamak聚变装置EAST极向场电源系统运行过程中产生的低频谐波电流,提出了低频抑制混联补偿方案,对其拓扑结构、谐波抑制性能以及系统稳定性等方面进行了深入研究,并研制出EAST 10kV低频抑制混联补偿装置实验样机,验证了低频抑制混联补偿方案的有效性。论文主要研究内容和创新点如下:论文根据EAST极向场电源系统谐波治理需求,提出了低频抑制型混联补偿方案,研究了该方案的拓扑结构及其低频谐波抑制原理,建立了低频混联补偿装置主回路的数学模型。针对低频混联拓扑难以实现有源逆变单元直流侧电压和中点电位自平衡问题,引入了三相四线制三电平变流拓扑方案,有效降低直流母线电压和中点电位波动。通过等效变换得出低频混联补偿方案相当于在母线处增加了一个可控的谐波阻抗,改变控制系数进而调节系统中的谐振点以及谐波阻抗的阻值,达到抑制电网中低频谐波电流的目的。基于上述工作,建立了低频混联补偿装置主回路数学模型,包含三相四线制变流器模型、三相三线制逆变器模型、直流支撑模型以及与电网的连接模型等。结合三相四线制变流器拓扑结构及其性能要求,设计了电压电流双闭环控制策略,建立了dq0旋转坐标系下变流器控制系统数学模型,并按典型Ⅰ型系统及典型Ⅱ型系统对变流器电流内环和电压外环的控制参数进行整定,实现了低频混联补偿装置直流母线电压和中点电位的双平衡控制。针对常规旋转坐标系下三相三线制逆变器难以实现无静差控制的问题,通过建立二倍频谐波旋转坐标系三相三线制逆变器控制系统数学模型,实现了有源逆变单元输出低频谐波电流的无静差控制;并且根据逆变器连接方式和低频谐波抑制需求,提出了谐波旋转坐标系下电流双闭环控制策略,提升了低频混联补偿系统谐波抑制性能,保证混联补偿系统的安全可靠运行。根据以上建立的各环节数学模型,在稳态工作点附近对三相四线制变流器及其控制系统模型、有源逆变单元及其控制系统模型以及电网连接模型和直流侧模型线性化,得出低频混联补偿系统全局状态空间方程;采用Lyapunov间接法分析了低频混联补偿装置全局稳定性能和抗扰动能力,并进一步优化系统控制参数,提升混联补偿系统的低频谐波抑制性能。通过搭建低频混联补偿装置690V实验平台和EAST 10kV低频混联补偿装置仿真模型,验证了低频混联补偿方案的低频谐波电流及其谐振抑制性能;同时证明了论文对低频混联补偿方案及其控制系统理论分析的正确性、有效性和可行性,为EAST 10kV低频混联补偿装置的工程应用提供了有益参考。