随着电力电子技术的进步和制造业的发展,越来越多非线性设备投入到生产制造中,这些非线性负载的投入给电网带来巨大的谐波干扰和无功冲击,若不加以治理将严重影响电网的电能质量,甚至造成安全事故和重大经济损失。有源电力滤波器（APF）作为新兴的电能治理装置,凭借补偿灵活、动态性能好、体积较小等优点得到广泛关注。本文以二极管钳位型（NPC）三电平APF拓扑作为研究对象,针对应用中的关键技术,如电流模型预测控制（MPC）、谐波电流检测、中点电位平衡等展开研究,主要内容如下:首先,本文阐述了谐波抑制的必要性,对APF的拓扑结构、谐波检测、电流跟踪、直流侧电容稳压等方面研究现状进行了概述,详细分析了二极管钳位型三电平APF拓扑结构及工作原理,推导了系统数学模型,通过对中点电位平衡机理研究,指出合理控制小矢量可以实现直流侧中点电位平衡。其次,对三电平APF控制技术进行研究。给出瞬时无功理论的数学推导,选取ip-iq法作为本文谐波参考电流提取算法;对模型预测控制进行研究,建立了APF系统预测模型,构建出相应的价值函数,给出了基于MPC的三电平APF的实现流程。在此基础上,针对传统MPC算法存在滚动优化次数多、目标函数权重难以整定、计算量大等问题,本文提出一种单目标函数的改进型MPC算法,仅将参考电流和反馈电流作为目标函数,省略了权重系数整定过程,同时将滚动优化次数从27次减少到21次。针对改进后MPC算法滚动优化次数依然较多的问题,提出了一种基于扇区判断的单目标函数改进型MPC算法,在保持单目标函数优势的基础上,将滚动次数减少到7次,进一步减少了计算量和控制复杂度。最后,在MATLAB/Simulink软件平台搭建了基于MPC的三电平APF系统,在不同工况下,分别采用传统MPC和两种改进的MPC算法进行仿真,结果表明本文提出的基于扇区判断的单目标函数改进MPC算法在谐波电流跟踪和电容稳压方面具有更好的效果,验证了本文所提控制算法的正确性。搭建系统额定容量为10k VA的NPC三电平APF实验平台,进行实验验证,结果证明了基于扇区判断的单目标函数改进型MPC三电平APF的正确性和可行性。