电力系统故障、大型负荷突变或无功输送会引起电网电压的不平衡、电压暂降、电压偏差等电压质量问题。为保证用户供电电压质量,基于电压源换流器(VSC)的电压质量串并联控制技术与装置得到了快速发展。并联型静止同步补偿器(STATCOM)可以动态补偿负荷无功和在线调节配电母线电压,串联型动态电压恢复器(DVR)可以快速补偿电压暂降、电压骤升和电压波动。本文分别从电路建模、主元件参数设计和控制策略几个方面对电压质量控制器进行了深入的分析研究,可为电压质量控制器的开发提供理论依据和技术参考。配电网电压常存在一定程度的三相不平衡和谐波,这些非基波正序电压分量会降低STATCOM的补偿性能,STATCOM参数选择不当时还会引发谐振现象。本文分析了正弦脉宽调制下STATCOM发生谐振的机理,建立了谐振分析模型,指出了谐振发生的条件,并发现总存在一组LC参数可消除网测电压谐波对补偿电流谐波的影响,提出了以直流电压波动或以补偿电流非基波正序分量最小为目标的直流支撑电容量的优化设计方法。采用传统的VSC开关函数,STATCOM在作不平衡补偿时,补偿电流中会存在谐波分量。本文分析了谐波电流与负荷电流不平衡度或电网电压不平衡度之间的关系,揭示了VSC直流电压波动和网侧补偿电流的谐波频谱分布规律,在此基础上提出了一种基于改进开关函数的静止同步补偿器不平衡电压控制策略,降低了网侧电压不平衡度,提高了补偿电流的质量。LC串联滤波型静止步补偿器对直流电压要求较低,与传统STATCOM相比,可降低装置成本。本文分析了LC串联滤波型STATCOM的无功补偿原理和VSC的调控方式,给出了串联电容器的参数设计原则,提出了一种开关函数反相调制方法及串联电容器电压前馈解耦控制策略,比较了两种结构的STATCOM的起动性能、补偿电流谐波和开关损耗。电容耦合型动态态电压恢复器是一种用于补偿配电网电压暂变的电压质量控制器,但LC元件参数缺乏理论设计依据。本文通过分析电容耦合型动态电压恢复器的工作原理,利用等值电路和向量图,按照VSC输出点流最小原则,提出了一种耦合电容器和滤波电抗器的参数设计方法。同时,深入分析了串联补偿电压几种典型注入方式的优缺点,设计了一种以补偿电压为内环、以负荷电压控制目标为外环的电压双闭环同相补偿控制策略。该策略既能满足不同幅度电压暂降的补偿需要,又能适应负荷电流大范围变化的要求。针对上述关键技术问题,建立了静止同步补偿器和动态电压恢复器的仿真模型,开发了实验样机。应用仿真模型和实验样机对提出的主回路参数设计方法和控制策略进行了全面验证,仿真和实验结果表明主回路参数设计方法和控制策略正确可行。