近年来，随着电力系统的快速发展，各种新型FACTS装置不断出现，STATCOM也不断向着高压大功率方向发展。传统的采用低电平数目的电压源变流器，由于控制简单、成本较低得到了大量应用，但是其电平数低，输出电压电流谐波大，增加了滤波器的的设计难度和成本[1-2]。多电平变流器的提出很好地解决了上述问题，通过子模块的级联，使输出电压逼近正弦波，大大降低了谐波；模块化的设计便于扩展和实现冗余控制，可以更灵活地适应不同的电压等级；灵活的控制策略省去了笨重的耦合变压器，降低了系统成本[3]。2002年，MARQUARDT R首次提出模块化多电平变流器(MMC)的概念[4]，因其具有诸多优点成为学者们研究的热点，被视为下一代高压大功率变流器发展的方向。参考文献[5]提出了MMC的基本结构和工作原理，参考文献[6]阐述了MMC在高压直流输电领域中的应用。
    本文首先分析了M-STATCOM的结构和工作原理，然后根据无功补偿的要求建立了M-STATCOM的动态数学模型，提出了直接电流控制技术和电容均压策略。在Matlab/Simulink中建了10 kV M-STATCOM仿真模型，仿真结果表明本文所提出的控制策略具有良好的稳态和动态控制效果，达到了预期效果。
1 基于MMC的STATCOM
1.1 M-STATCOM的拓扑结构
    M-STATCOM的拓扑结构如图1所示。Ls是耦合电感，Rs是电抗的等效电阻。MMC每相由上下2个桥臂组成，每个桥臂由n个子模块和1个电感构成。子模块是MMC的基本组成单元，由1个电容和2个带有反并联二极管的IGBT组成。

其中Id、Iq分别是M-STATCOM的有功电流和无功电流。
    所以通过控制Id、Iq就可以分别控制M-STATCOM与电源交换的有功和无功，即实现了有功和无功的解耦控制。当Id为正时，系统向M-STATCOM输送有功；当Id为负时，M-STATCOM向系统反馈有功。当Iq为正时，M-STATCOM发出超前的无功；当Iq为负时，M-STATCOM发出滞后的无功。
2.2 M-STATCOM均压策略
    M-STATCOM与普通STATCOM相比，省去了直流侧的大电容，取而代之的是各个模块都有一个悬浮电容，由于各个模块的开关损耗差异、电容损耗差异以及驱动脉冲微小的差异等原因，会造成各个电容电压之间存在差异，因此，保证各个电容电压都在一定范围内是MMC正常工作的关键。
    本文采用基于排序的电容均压算法。在每一个PWM周期内，测量所有的模块电容电压并按照从大到小的顺序进行排列，然后根据桥臂电流方向和应该导通的模块数，决定要投入的模块。具体方法是：如果桥臂电流为正，则触发导通电容电压最低的k个模块，其余的模块关闭；如果桥臂电流为负，则导通电容电压最高的s个模块，其余的模块关闭。如图2所示，假设上桥臂导通的模块数等于2，下桥臂导通的模块数等于3，此时上下桥臂的电流方向分别为iz1（t）>0， iz1（t）<0。根据排序算法的原理可知，此时上桥臂的模块SM=3和SM=5应该投入，下桥臂的模块SM=7、SM=8和SM=9应该投入。通过均压算法，达到了电容均压的目的。

    图6为M-STATCOM一个桥臂电容电压波形，由图可见，各个电容电压基本在一条轨迹上，说明本文的均压策略是有效的。

    本文首先分析了M-STATCOM的拓扑结构和工作原理，然后建立了M-STATCOM的动态模型，提出了一种电容均压策略，设计了基于直接电流控制策略的M-STATCOM控制系统。数值仿真结果表明，本文提出的控制策略正确且有效。
参考文献
[1] 刘文华，宋强，滕乐天，等.基于集成门极换向晶闸管与链式逆变器的&plusmn;50Mvar静止同步补偿器[J].中国电机工程学报，2008，28（15）：55-60.
[2] MARQUARDT R，LESNICAR A，HILDINGER J.Modulares strom-richterkonzept fur netzkupplungsanwendung bei hohen spannungen[C].ETG-Fachtagung, Bad Nauheim，Germany，2002.
[3] PIROUZ H M，BINA M T.A new transformerless medium voltage STATCOM based on half-brideg cascaded converters[C].1st Power Electronic & Driver Systerms & Technologies Conference，2010.
[4] LESNICAR A，MARQUARDT R.An innovative modular multilevel converter topology suitable for a wide power range[C].IEEE 2003 PowerTech Conference，Bologna，2003.
[5] ROHNER S，BERNET S，HILLER M，et al.Modulation，losses，and semiconductor requirements of modular multilevel converters[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57(8)：2633-2642.
[6] HIROFUMI A，HIROKAZU W E，MAURICIO A.Instantaneous power theory and applicationsto power conditioning[M]. Hoboken：JohnWiley& Sons，Inc.，2007.
[7] 杨晓峰，孙浩，支刚，等.双星型模块组合型多电平变换器的PWM控制策略[J].电力电子，2010(2)：14-19.
[8] 章勇高，康勇，刘黎明，等.静止同步补偿器的双环控制系统设计[J].电力自动化设备，2006，26(10)：62-66.
[9] SUMI Y，HARUMOTO Y，HASEGAWA T.New static var controlusing force-commutated inverters[C].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1981.
[10] CARRARA G，GARDELLA S，MARCHESONI M.A new multilevel PWM method：a theoretical analysis[J].IEEE Transactions on Power Electronics，1992，7(3)：497-505.