近年来,国内相继发生了多起电气化铁路车网系统低频振荡事故,导致机车牵引封锁无法正常运行,严重影响了铁路的正常运输秩序。针对该问题,本文提出了基于STATCOM的牵引网动态无功补偿方案,引入了自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术和模块化多电平(Modular Multilevel Converter,MMC)技术对STATCOM的控制性能和拓扑结构进行优化,实现了车网低频振荡的有效抑制。首先,在dq坐标系下对单相STATCOM进行数学建模分析,考虑STATCOM是一个强耦合的两输入两输出非线性系统,采用基于电流间接控制的前馈解耦控制,实现其有功功率和无功功率的单独控制。通过接入阻感性负载和阻容性负载进行仿真实验,证明了其响应速度较快、补偿性能良好。此外,还分析了STATCOM接入车网系统时整个系统的动态性能,仿真结果显示该方案能够抑制车网低频振荡。其次,考虑传统的PI控制方法对系统扰动的敏感性,应用ADRC技术来增强STATCOM的鲁棒性和抗扰能力。基于ADRC理论,结合控制器结构、参数整定和性能特点,设计了适用于STATCOM的一阶非线性ADRC控制器。同PI控制器作对比,验证了ADRC控制器具有更优的控制性能和更好的低频振荡抑制效果。再次,针对传统两电平STATCOM在拓扑上存在的缺陷,引入MMC技术对其进行改进。建立了MMC单桥臂数学模型得到简化的单相MMC等效电路;分析了MMC内部环流成分,并设计了LC滤波回路对环流进行抑制;通过交流侧的并网控制和直流侧的电压控制保证MMC-STATCOM可对车网系统进行无功补偿;搭建了仿真模型分析其接入车网系统后整个系统的电气量性能,结果表明MMC-STATCOM在抑制电压波动和降低谐波含量方面有着优良的特性。最后,搭建了基于dSPACE实时仿真器的大规模的多车低频谐振半实物实验平台,在此平台上完成了车网耦合系统低频振荡再现实验和基于MMC-STATCOM的低频振荡抑制实验,验证了所提出的抑制低频振荡方法的有效性。