随着大量非线性单相负载不断接入电网,四线制系统内的电能质量问题日益严重。三相四线制有源电力滤波器(APF)可以很好地实现三相四线制系统内的谐波抑制和无功补偿,提高供电质量。本文选取三相四线制三桥臂APF系统作为研究对象,对其直流侧中点电位平衡控制、谐波指令提取和开路故障诊断等技术展开研究。本文介绍了四线制系统中主要的谐波来源、危害以及常用治理方案;并对三相四线制APF系统的研究现状进行了简要概述,包括谐波指令提取、谐波电流跟踪控制、APF系统主拓扑和系统内IGBT开路故障诊断等。通过分析三桥臂APF系统不同拓扑结构的工作原理,本文建立了适用于三桥臂全部拓扑结构的APF数学模型,并推导出系统直流侧电压的数学模型。直流侧中点电位平衡控制是三相四线制三桥臂APF系统的关键技术之一,本文分别采用调节零矢量作用时间和优化冗余矢量的途径来平衡控制三桥臂系统中的直流侧中点电位。传统ip-iq谐波检测算法需要大量的坐标变化,算法计算量较大;本文将各相独立ip-iq谐波检测算法和瞬时对称分量法相结合,得到一种适用于三相四线制系统,且可以实现特定次谐波补偿、全补偿、以及正、负、零序分量分别补偿的谐波提取算法。仿真结果验证了该算法的有效性。当APF发生开路故障时,快速准确地检测出故障,并判断出故障位置,是系统安全可靠运行的保障。本文提出一种基于交流侧输出电压数学模型的适用于三相四线制三桥臂两电平并联型APF的IGBT开路故障诊断算法。通过分析正常状态和故障状态下APF交流侧输出电压与相应IGBT导通占空比对应关系的不同,实现系统内IGBT开路故障的诊断和定位。该方法用到的信号都是系统控制器已经使用的信号,不需要增加额外的硬件或者传感器。同时,该方法具有很好的快速性和较高的可靠性,且适用于系统负载变化的动态过程。仿真结果验证了所提诊断算法的优越性能。本文对上述诊断算法进行改进并应用于三相四线制三电平APF系统。采用上述两电平诊断算法确定开路故障所处的桥臂位置;再利用同侧桥臂中两个IGBT开路后电流导通路径的不同对故障位置进行进一步的定位。仿真结果验证了改进诊断算法的可行性。最后,在三相四线制APF实验平台上进行实验验证,并给出实验结果。