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随着科学技术的发展和工业规模的扩大,自动化程度不断提高,各类敏感负荷的应用使得电力用户对电能质量的要求越来越高。在电压波动的诸多问题中,由电压瞬时跌落造成的危害最为普遍。动态电压恢复器(DVR)是目前抑制电压跌落问题最经济、最有效的补偿装置之一。因此,各国研究者对DVR的拓扑结构、检测算法和补偿策略等诸多方面进行了广泛的研究。本文将多电平技术应用于DVR的逆变器结构中,不仅显著提高了DVR装置的容量,也改善了输出电压的谐波特性。同时,针对传统DVR电压跌落检测算法存在的检测精度低和检测算法延时的问题,本文将求导法应用到dq变换和αβ变换的DVR检测法中,消除了传统方法构造坐标系的延迟,使其可以快速准确地检测出电压跌落的特征量。最后定量分析了最小能量补偿策略的三种工作模式,综合比较了级联多电平DVR补偿特性和负荷功率因数的关系。论文主要完成了以下工作:①介绍了DVR的结构及其补偿原理,从DVR的应用场合、逆变器结构、输出滤波器位置、电网连接方式以及直流侧储能方面进行了比较分析进而确定了DVR的总体结构。并对级联H桥逆变器的同相层叠法(PDPWM)、正负反相层叠法(PODPWM)、交替反相层叠法(APODPWM)和载波相移法(PSPWM)进行了仿真模型的建立和输出波形谐波分析,最后对这几种调制方法进行了对比分析从而确定级联H桥逆变器的调制方法。②阐述了现有的电压跌落检测法,详细分析了基于瞬时无功功率的理论的dq变换检测法、单相电压跌落dq变换检测法和αβ变换检测法,在此基础上将求导构造虚拟坐标系的方法应用到dq变换和αβ变换的DVR检测法中,并对其进行理论推导和仿真研究。③在电压跌落的情况下,根据跌落后电网电压与负荷功率因数的关系,提出了DVR采用最小能量补偿策略的3种工作模式。并在三种边界条件下对采用最小能量补偿策略的DVR补偿特性进行了详细的定量分析,得出DVR注入电压相角和幅值的表达式。最后在不同的负荷功率因数和不同电压跌落深度下对DVR的补偿策略进行了综合比较。④通过对单相级联多电平DVR的数学模型的分析,构建了级联多电平DVR的整体控制系统。最后在最小能量补偿策略的基础上,对具有固定储能装置的级联多电平DVR补偿能力和负荷功率因数的关系进行了仿真研究来验证理论分析的正确性。