无功功率对于电力系统安全稳定运行起着至关重要的作用,无功补偿装置在电力系统中有非常广泛的应用。近些年,先进的静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)得到快速的发展,而如何进一步将STATCOM应用于高电压等级电力系统中成为目前的研究热点。本文首先比较了各种大容量逆变器结构特征并总结级联多电平结构的典型优势,以H桥级联模块为基础分析了级联多电平逆变器的工作原理和输出特性。建立了级联多电平STATCOM数学模型,并研究了其无功检测方式、内环电流状态解耦控制方法和单极倍频载波相移调制策略。外环直流电压的稳定控制是级联装置控制的难点,本文采用了分级控制的思想,给出了一种直流电压分级控制方法,对全局直流电压、单相直流电压和级联模块直流电压分别采用闭环反馈PI校正,仿真结果验证了其良好的响应速度和直流稳压效果。在上述研究的基础上,提出了一种新型的基于级联结构的混合型无功补偿装置的主拓扑结构及其主要参数的计算方法。混合型无功补偿装置由并联电容器、三相级联型多电平STATCOM组成。在额定运行状态,并联电容器可补偿大部分的无功,而级联STATCOM提供快速的动态无功调节功能,从而降低了级联部分的容量与耐压水平,仿真验证了上述装置具有良好的补偿效果和响应速度。