级联多电平电压源变换器具有结构简单、易于模块化实现、谐波特性好等优点,已成为高压STATCOM装置主电路拓扑结构的首选。级联多电平变换器由多个H桥单元串联而成,每个H桥均具有独立的直流侧电容,容易出现直流侧电容电压不平衡现象。本文研究了一种基于有功和无功功率交换原理的直流电压平衡控制新算法。根据三相直流电压与其参考值的偏差来调整三相电流有功分量,实现相间直流电压平衡；根据每相各H桥的直流电压与其参考值的偏差来调整各H桥无功功率的交换,实现了桥间直流电压平衡。本文用PI调节器代替了原来的比例调节器,改进了直流电压平衡控制策略,改善了控制效果。由于STATCOM自身固有的非线性特性,一般的线性控制器难以达到满意的控制效果。本文首先在d-q坐标下建立了STATCOM的描述方程,应用直接反馈线性化(DFL)理论,利用系统的输入-输出关系隐藏系统的非线性,通过重新定义输入变量,将STATCOM的系统方程进行线性化,设计了STATCOM的非线性控制器。PI控制的参考量均为直流量,简化了PI参数设计。建立了级联多电平STATCOM的仿真实验模型,仿真结果验证了相间和桥间直流电压平衡控制策略的正确性和非线性控制的优越性。搭建了级联多电平STATCOM装置的实验平台,实验结果表明,本文所设计的级联多电平STATCOM控制系统的原理线路和软件逻辑是正确可行的。