在当前的电力系统中,由于非线性负载的大量使用,导致谐波电流不断增加。而严重的谐波电流会使电网的电能质量下降,可用容量降低,且对通信系统产生干扰。有源电力滤波器(APF)能够对谐波和无功进行有效的补偿,并且具有很好的实时性和跟踪性。但随着供电系统中输电电压的不断提升,传统结构的APF很难满足要求,模块化多电平变换器(MMC)能够很好地适用于高电压大容量系统。因此,本文针对基于模块化多电平结构的APF做了以下研究。首先,在MMC主电路结构的基础上,建立了系统关于电流和电压的数学模型。在该模型的基础上对MMC的输入电流进行有功无功分解,得到MMC输入电流在旋转坐标系中的dq分量id、iq,并耦合直流电压的控制得到基波频率下的功率控制子系统。同时,研究了MMC上下桥臂的结构特点,得到MMC内部环流与桥臂电压之间的关系。根据环流与电压的关系,研究了系统的平均电压控制和电压均衡控制。并采用载波移相调制策略(CPS-SPWM)实现了五电平MMC电路的驱动开关输出。然后,对比分析p/q谐波检测方法与ip/iq谐波检测方法。分析了基于预测电流控制的谐波补偿控制理论,并将其中对负载电流信息的采集改为只采集网侧电流信息,这样进一步减少了电流传感器的数量,提升了补偿效果,得到谐波预测电流控制子系统。在模块化多电平APF控制中应用了基波频率下的基波控制子系统与谐波预测电流控制子系统,并给出了系统仿真结果。最后搭建了五电平MMC小容量实验电路,通过Verilog硬件描述语言对系统控制进行设计,给出了系统中各子模块的设计结构,并结合Signal Tap Ⅱ在线监测波形验证了设计的合理。综合对各子模块的设计在单片FPGA中实现五电平MMC控制系统全部算法。实验结果验证了系统的动静态性能,将网侧电流THD由补偿前的16.2%降为3.6%,补偿效果明显。