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级联H桥STATCOM具有可扩展性强、耐高压、模块化程度高、实时补偿无功功率等优势,在无功补偿领域具有广阔前景和应用价值,成为国内外电力系统的研究热点。STATCOM的H桥相互独立,造成模块之间电容电压不平衡,是STATCOM亟待解决的核心问题之一。同时,传统的STATCOM直流侧电解电容体积庞大、故障率高,限制装置功率密度和可靠性的提高。本文主要围绕STATCOM电容电压平衡和抑制直流侧二倍频电压波动两个关键问题展开研究,以保障级联H桥STATCOM系统的可靠运行。为了实时、有效补偿无功功率,需要对STATCOM建立等效数学模型,基于在同步旋转坐标系下有功功率和无功功率存在耦合项,采用电压前馈解耦对系统进行有功和无功的独立控制。考虑采样延时和PWM惯性环节,修正PI控制器,实现对补偿电流的精准控制。针对电容电压的不平衡使输出电流谐波增加、电容和开关管使用寿命缩减等问题,采用电压分层控制解决方案。构建电容电压与调制比增量之间的数学模型,根据级联H桥总体调制比不变原则,分析H桥调制比对电容电压的影响,探究修正调制比的相内平衡策略。对STATCOM三相瞬时输出功率建模,通过基波零序电压注入,建立三相系统之间相互交换有功功率的机制,实现相间电压平衡。针对直流侧电压二倍频波动问题,分析影响H桥电容电压波动的主要因素,探究纹波电流和波动功率关系。推导三相STATCOM波动功率模型,通过三次谐波电压注入法减小电压波动。基于谐波注入引起补偿电流出现5次谐波情况,设计准谐振控制器跟踪谐波电流,通过仿真验证电压波动抑制策略的有效性。有源功率解耦最早源于单相整流器的二倍频脉动抑制,目前鲜有研究将其应用于级联H桥STATCOM。本文选择双向Buck/Boost作为基本功率解耦单元,将H桥的功率波动转移到储能元件,抑制纹波电压波动。探讨H桥直流侧两种不同的二次纹波电流指令提取方式,分析Buck/Boost解耦模块在电流连续模式和断续模式的工作原理,对两种模式的解耦电感、解耦电容进行参数设计。研究级联型STATCOM整体的功率解耦控制策略和电压平衡策略,并通过仿真验证上述控制方法的有效性。搭建级联H桥STATCOM实验平台,设计基于DSP+FPGA的控制板及采样电路、驱动板等。对调制策略、电压平衡策略及二倍频的波动抑制策略等进行实验验证,结果证实该平台能够实时补偿无功功率,同时具有较高的可靠性。