随着经济的发展,人们生活质量逐步提高,电能质量问题已经越来越重要。三相不平衡是衡量电能质量的重要指标之一,在电网运行中往往存在着线路和负载两个方面的三相不平衡,解决上述两个方面的问题对于改善电网电能质量具有十分重大的意义。本文首先研究线路方面三相不平衡的理论依据,采用Carson理论和“单导线—大地”回路模型得出电缆线路的自阻抗和互阻抗,在序阻抗的计算方面将电缆的金属护套等效为导体,通过矩阵降阶的方法消除金属护套对于电缆线路电气参数的影响,同时引出了输电线路单回和多回的电磁不平衡度的计算方法。紧接着采用理论分析和ATP-EMTP仿真相结合的方法分析了相间距离、金属护套交联、金属护套接地电阻和相序排布等因素对电缆线路电气参数以及电磁不平衡度的影响,并根据此分析得出可以采取增大相间距离、芯线等距交联、调整相序排布等方法最大程度的降低线路电磁不平衡度。然后研究了负载不平衡时的补偿方法,采用基于模块化多电平换流器的静止同步补偿器,分析了MMC-STATCOM的拓扑结构以及工作原理,并在电网平衡条件下设计了子模块电容电压平衡、环流抑制和主功率控制器。在PSCAD/EMTDC平台仿真验证了电网平衡条件下MMC-STATCOM的控制策略有效性。最后为了解决电网三相不平衡的无功补偿问题,分析了STATCOM补偿PCC处电压原理、不平衡条件下MMC数学模型和不平衡补偿所导致的不平衡相间环流,提出采用由正负序零序分序控制的主功率控制策略、子模块电容电压平衡控制策略、不平衡环流抑制策略组成的多层控制策略。在PSCAD/EMTDC平台仿真验证此补偿策略具有很好的不平衡补偿能力、子模块电容电压平衡能力、不平衡环流和直流侧电压二倍频波动抑制能力。