随着工业化的迅猛发展,接入电力系统低压配电侧的用电负载不断增加,导致电能质量问题日益严重。不同特性的负载会引起不同的电能质量问题,例如接入感性负载会造成输电线路传送大量的无功功率,降低功率因数;接入非线性负载会向系统注入谐波电流;接入不对称负载会导致系统三相电流不平衡等。目前,治理电能质量的主要办法是利用各种电能质量补偿装置。为了提高装置的利用率和性价比,希望电能质量补偿装置可以一机多用,即一种电能质量补偿装置可以治理不同的电能质量问题。因此,本文研究了一种采用中点钳位型三电平变流器作为主拓扑结构的电能质量综合补偿装置,通过改变其控制算法可以实现多种功能,如补偿无功、抑制谐波、治理三相不平衡等。本文第一章介绍了电能质量的概念和相关研究,常见的电能质量补偿装置以及三电平拓扑结构。第二章介绍了所研究的电能质量综合补偿装置的系统结构,并分别说明其补偿无功、抑制谐波、治理三相不平衡的原理。第三章以中点钳位型三电平变流器为例,研究了三电平变流器的运行原理、数学模型、调制策略和固有的中点电压不平衡问题。针对中点电压不平衡问题,着重分析了自平衡特性,并提出了一种向某一相注入合适的补偿电压的中点电压控制方法。由于我国低压配电网通常采用三相四线制式,本章所讨论的调制策略和中点电压不平衡问题均适用于三相四线制式。第四章研究了电能质量综合补偿装置的控制系统,主要分为电流内环和电压外环两部分。电流内环分成上层环节的指令电流提取和下层环节的电流跟踪控制两部分讨论。在指令电流提取中,基于双dq变换法和正交构造法提取负载电流中的各种分量,采用正负序分离的软件锁相算法提高提取精度。在电流跟踪控制中,研究了PI控制和改进的无差拍控制。在电压外环中,采用PI控制器与限幅器相结合的控制方法。最后,根据主电路参数和控制系统的设计,在实验室搭建适用于三相四线制系统的电能质量综合补偿装置。通过实验对比了两种电流跟踪控制的性能,并验证了所研究的电能质量综合补偿装置可以实现补偿无功、抑制谐波、治理三相不平衡等多种功能。