谐波和无功电流是导致电网电能质量下降的两大因素,采用合适的装置提高电能质量意义重大。目前,各类电力电子装置在这一领域得到了广泛应用,包括有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）和静止无功发生器（Static Var Generator,SVG）。本文研究了兼顾无功补偿的三电平APF的关键技术,包括三电平逆变器调制方法、谐波和无功电流检测算法以及APF控制策略。本文首先简要介绍了APF的工作原理,分析了三电平二极管中性点箝位（Neutral Point Clamped,NPC）式逆变器的工作方式。对空间矢量脉宽调制（Space vector pulse width modulation,SVPWM）算法各个步骤进行了研究,包括参考电压矢量位置的判定、NTV合成方法和经典七段式开关序列设计。三电平NPC逆变器存在中点电压不平衡的问题。本文研究了各开关状态对中点电压的影响,分析了中点电压偏移的根本原因。为解决中点电压偏移的问题,构造了虚拟空间矢量,并提出了基于调节正负小矢量作用时间的中点电压平衡控制策略。针对传统SVPWM计算量大的缺点,将αβ坐标变换到gh坐标系中,实现快速区域判定和作用时间计算,避免了三角函数运算。对开关序列进行了重新设计,更有效地减少了开关状态切换过程中的矢量突变。仿真和实验证明了所提改进虚拟空间矢量调制方法的可行性和有效性。目前,较为常用的谐波和无功电流检测算法是基于瞬时无功功率理论的检测算法,主要包括p-q法,i_p-i_q法和d-q法。本文对三种方法进行了理论分析,并研究了仅补偿谐波与兼顾无功补偿时检测算法的区别。仿真分析表明d-q检测法检测效果最好,且能适应电网电压畸变的情形。最后分析了APF的控制策略。推导了三电平APF在abc坐标系下和dq坐标系下的数学模型,并讨论了dq坐标系下d轴电流分量和q轴电流分量解耦控制方法。研究了电流环的控制器,对PI控制器与准PR控制器的优缺点进行了比较。电压环采用PI控制器,通过反馈实现对直流侧电压U_dc的控制。最后对APF系统进行了仿真分析,验证了本文的研究成果。