简单地说，STATCOM的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联在电网上，适当地调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制交流侧电流，就可以使电路吸收或发出满足要求的无功电流，达到动态无功补偿的目的。

严格地讲，STATCOM的基本电路结构应该分为两种：即电压型桥式电路结构和电流型桥式电路结构。图5-23为STATCOM电路基本结构图，直流侧分别采用的是电容和电感这两种不同的储能元件。

图5-23 STATCOM电路基本结构

对于电压型桥式电路，其直流侧以电容作为储能元件，将直流电压逆变为交流电压，通过串联电抗并入电网。其中串联电抗起到阻尼过电流、滤除纹波的作用；对于电流型桥式电路，其直流侧以电感作为储能元件，将直流电流逆变为交流电流送入电网，并联于交流侧的电容可以吸收换相产生的过电压。我们知道，在平衡的三相系统中，三相瞬时功率的和是一定的，在任何时刻都等于三相总的有功功率。因此总的看来，在三相系统的电源和负载之间没有无功功率的往返，各相的无功能量是在三相之间来回往返的。而STATCOM正是将三相的无功功率统一起来进行处理的，所以理论上说，STATCOM的桥式变流电路的直流侧可以不设无功储能元件。但实际上，由于谐波的存在，使得总体看来，电源和STATCOM之间会有少许无功能量的往返。所以，为维持STATCOM的正常工作，其直流侧仍需一定大小的电容或电感作为储能元件，但所需储能元件的容量远比STATCOM所能提供的无功容量要小。而对传统的SVC装置，其所需储能元件的容量至少要等于其所提供的无功功率的容量。因此，STATCOM中储能元件的体积和成本比同容量的SVC要小的多。在实际运行中，由于电流型桥式电路效率比较低，而且发生短路故障时危害比较大，所以迄今投入使用的STATCOM大都采用电压型桥式电路，因此，STATCOM往往专指采用自换相的电压型桥式电路作为动态无功补偿的装置。

STATCOM正常工作时通过电力半导体开关的通断将直流侧电压转换成交流侧与电网同频率的输出电压，就像一个电压型逆变器，只不过其交流侧输出接的不是无源负载，而是电网。因此，当仅考虑基波频率时，STATCOM可以等效地视为幅值和相位均可以控制的一个与电网同频率的交流电压源。STATCOM的工作原理可以用图5-24所示的单相等效电路图来说明。设电网电压和STATCOM输出的交流电压分别用向量U_S、U_C表示，则连接电抗X上的电压U_L即为U_S和U_C的向量差，而连接电抗的电流是由其电压来控制的。这个电流就是STATCOM从电网吸收的电流I。因此，改变STATCOM交流侧输出电压U_C的幅值及其相对于U_S的相位，就可以改变连接电抗器上的电压，从而控制STATCOM从电网吸收的电流的相位和幅值，也就控制了STATCOM吸收无功功率的性质和大小。

图5-24 STATCOM不考虑损耗时的等效电路及向量图

在图5-24的等效电路中，将连接电抗器视为纯电感，没有考虑其损耗以及变流器的损耗，因此不必从电网吸收有功能量。在这种情况下，只需使U_S和U_C同相，仅改变U_C的幅值大小即可以控制STATCOM从电网吸收的电流I是超前还是滞后90°，并且能控制该电流的大小。

考虑到连接电抗器的损耗和变流器本身的损耗（如管压降、线路电阻等），将总的损耗集中等效为连接电阻R考虑，则STATCOM的实际等效电路如图5-25a所示，其电流超前和电流滞后工作的向量图如图5-25b所示。在这种情况下，变流器电压U_C与电流I仍相差90°，因为变流器无需有功分量。电网电压U_S与电流I的相差则不再是90°，而是比90°小了δ角，因此，电网提供了有功功率来补充电路中的损耗，也就是说，相对于电网电压来讲，电流I中有一定量的有功分量。这个δ角也就是变流器电压U_C与电网电压U_S的相位差。改变这个相位差，并且改变U_C的幅值，则产生的电流I的相位和大小也就随之改变，STATCOM从电网吸收的无功功率也就得到调节。

分析图5-25所示的STATCOM的工作向量图，由图中电网电压U_S、变流器交流侧基波电压U_C和连接电抗电阻的电压U_L，构成的三角形关系，可得如下等式：(www.daowen.com)

图5-25 STATCOM考虑损耗时的等效电路及向量图

由此得：

式中 φ——连接电抗器的阻抗角。

据此可推导出稳定时STATCOM从电网吸收的无功电流和有功电流有效值分别为

可以看出，如果无功电流的符号以吸收滞后电流为正，吸收超前电流为负，则当逆变器电压滞后于系统电压，STATCOM从电网吸收超前电流时，其稳态仍然满足上式，只是其中的δ和无功电流均为负。因此，可以通过控制STATCOM输出的无功电流来控制角δ，从而维持系统母线电压稳定。