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近年来,微电网、能源互联网技术快速发展,分布式发电设备在配网渗透率逐年上升,用户侧变频器、电动汽车等小惯性电力电子负载大量使用,配电网无功电压变化更为复杂,凸显了动态无功补偿的重要性。STATCOM以其优良性能在现代配网节能降耗和电能质量优化控制方面得到了广泛的应用。传统STATCOM配置方案在高压侧集中补偿时存在系统复杂、工程造价高昂等问题,380V用户侧就地分散补偿时设备协调困难,整体效率较低。针对以上问题,电压等级交汇点既是电能供给和需求交汇点,也是无功、谐波和不平衡等因素影响集散点,采用配电变压器集成式无功补偿结构(STATCOM integrated with distribution transformer,DT-STATCOM)和非线性无源控制技术,有效降低了补偿装置承受的电压应力和初始投资,提高了设备集成度,改善了动态无功补偿的性能,在中高压配网集中式补偿领域具有应用前景。首先,本文研究了LCL滤波器DT-STATCOM技术方案。采用Dyn11型配电变压器集成星型链式STATCOM的拓扑结构。研究了STATCOM接入变压器抽头的电压应力问题,采用稳态向量分析法,定量研究了注入补偿电流后绕组电流的分布规律,在保证绕组电流不过载的情况下获得满意的无功补偿效果。论文对比了中高压STATCOM、低压STATCOM和DT-STATCOM三种技术方案,论证了DT-STATCOM具有较好的技术经济性。通过仿真验证了推导的配电变压器各绕组电流分布规律,保证了各绕组电流不会出现过流。针对传统STATCOM无功电流环PI控制器存在着系统鲁棒性较差、对暂态工况下响应较慢以及PI参数整定困难等问题。论文研究了分析力学体系下STATCOM系统的描述方法,基于Euler-Lagrange(EL)方程,从能量角度出发建立了LCL滤波器的DT-STATCOM数学模型。在此基础上,充分论证了LCL滤波器的STATCOM系统严格无源性,设计了基于无源控制原理的无功电流控制律,通过虚拟阻尼注入方法加速系统的耗散,揭示了虚拟阻尼注入对系统影响并给出了阻尼设计原则;设计了三级结构的直流电容电压均压控制策略,实现电容电压稳定性控制。基于Matlab/Simulink平台,设计了LCL滤波器DT-STATCOM仿真系统并进行验证。最后,本文研发了DT-STATCOM系统动模实验平台,完成了控制系统的软硬件设计,基于该平台开展了动模实验,测试了DT-STATCOM系统绕组电流的分布及系统的无功补偿性能,实验结果验证了机理分析的正确性,表明DT-STATCOM系统具有良好的无功补偿性能和快速的动态响应特性。