近些年,电力电子应用中,多电平逆变器的使用已经明显增加。逆变器电平数目的增加使得输出电压的质量很高,开关频率较低。此外,越来越低的电压开关损耗使多电平逆变器越来越受到关注。在实际应用中,电平数目太多存在控制复杂且难以实现的问题,目前得到广泛普及的主要为三电平逆变器,正逐步取代传统的两电平逆变器。因此,三电平逆变器拓扑结构以及控制算法的研究对理论以及工业化应用具有十分重要的意义。本文系统研究了三电平逆变器主要几种拓扑电路的机理以及各自的优缺点,包括级联式、飞跨电容式和二极管箝位式拓扑。重点对二极管箝位型三电平逆变拓扑进行了详细分析,针对二极管箝位型拓扑结构各个开关管开关频率不均衡的问题,利用三电平逆变器开关状态的冗余特点,提出一种改进的拓扑结构,从而使逆变器的成本降低,均衡开关损耗进而提高系统可靠性。分析了三电平逆变器的脉宽调制策略的基本原理,包括正弦载波脉宽调制、谐波消除脉宽调制和空间矢量脉宽调制,着重分析了空间矢量脉宽调制技术的实现方式。针对常规的SVPWM算法必须一定的正、余弦计算或者查表的问题,提出一种三电平无角度运算的SVPWM算法,从而降低控制器的计算量及存储空间,提高系统的实时性,便于数字化实现。将该算法分别运用到二极管箝位式和级联式三电平拓扑中,具体分析了实现思路及技术特点,并搭建硬件拓扑电路及驱动电路,采用DSP作为控制器进行软件设计,对提出的三电平无角度SVPWM策略进行实验验证。实验结果表明,该算法在避免三角运算降低控制器计算量的同时,能保证三电平逆变器输出特性不变,并很好的完成三电平逆变。将所研究的三电平逆变器拓扑结构及无角度运算SVPWM算法应用到有源电力滤波器中,代替传统有源电力滤波器所采用的两电平拓扑结构及控制算法。首先阐述了谐波电流检测算法,主要分析了基于瞬时无功理论的谐波电流检测法以及在其基础上衍生出的指定次谐波电流检测法。其次,详细分析了基于三电平逆变的APF系统设计。最后搭建了仿真模型,采用瞬时功率理论的区段谐波补偿法,验证了三电平逆变理论在有源电力滤波器中的有效性。