随着能源转型战略的推进,越来越多的新能源通过电力电子变换器接入电网中,给电网带来了大量的谐波,谐波会带来诸如电路异常发热或谐振等问题。由于有源电力滤波器（Active Power Filter,APF）相较于传统无源滤波器可实时动态地补偿谐波,且完全可控,因此被广泛应用在各个领域。但有源电力滤波器采用了大量的功率开关管,抗冲击能力较差,易发生故障,若发生故障不仅会导致系统无法正常补偿谐波,还会导致变换器产生未知的谐波分量,成为另一个谐波源,带来巨大的安全隐患。因此有源电力滤波器开关管的故障诊断和相应的容错控制技术成为提高其可靠性的核心研究内容之一,研究如何检测开关管故障并进行相应的容错控制使得有源电力滤波器在故障后依然能够可控地对系统进行补偿具有重要意义。本文首先介绍了有源电力滤波器的核心思想与原理,研究了三电平变换器的工作状态和其在dq坐标轴的数学模型。在此基础上,研究了基于dq解耦算法的基频控制技术以及基于预测电流算法的谐波控制策略。同时为了解决三电平电容电压不平衡问题,研究了单电感均压电路的工作原理。最后,为了实现容错控制,研究了具有冗余矢量的三电平空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation,SVPWM）技术。以三电平中点箝位型（Neutral Point Clamped,NPC）变换器中单个桥臂为研究对象,分析开路故障对单个桥臂的影响,推导非零电流状态下误差电流表达式。研究由于故障导致的零电流状态下桥臂电压畸变的机理,在此基础上,推导零电流状态下误差电流表达式。研究减小环境噪声和变载影响的故障诊断变量定义规则,根据故障诊断变量在不同参考电压极性下与故障类型的对应关系,提出针对并联型三电平APF的故障诊断算法。在实时快速定位故障开关管的基础上,为提高有源电力滤波器的可靠性,对容错控制策略进行研究。首先,分析故障状态下有效电压矢量的分布情况,根据故障的严重程度将故障分类为Ⅰ型故障和Ⅱ型故障。在发生故障时通过控制新增的开关管改变故障桥臂钳位中点的连接方式,实现初步的拓扑容错。随后,研究拓扑容错后有效矢量的分布情况,进一步提出调制容错策略,减小开关管动作次数的同时提高谐波补偿性能。最后,搭建了并联型三电平APF的小功率实验平台,基于FPGA完成了整流器,APF和故障诊断程序的设计与实现。实验结果表明,故障前APF能有效地补偿谐波,故障后所提出的故障诊断算法可实现快速检测并定位故障,且在变载过程中不会发生误判,验证了故障诊断算法的正确性和有效性。