广义有源电力滤波器(Generalized Active Power Filter, GAPF)是一种采用电流间接控制的滤波器，其通过输出与电网同步的正序基波电压可以在不需要检测负载电流的情况下有效地实现无功补偿、谐波抑制、负序滤波及稳定电压等功能。GAPF虽然具有诸多优点，但亦存在如下缺点和局限：1.输出电压的频谱分布不集中；2.网侧滤波电抗的功耗过高；3.无功补偿精度与锁相精度低；4.不具备有功调节能力。本文对GAPF做了深入研究，针对上述缺点和局限，在调制策略、拓扑结构、控制方法以及扩展功能等方面提出了一系列改善方法。传统GAPF采用特定消谐技术(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation, SHEPWM)。由于该技术的目的是根据具体需要来消除某些特定次数的谐波，故导致剩余谐波的含量大且分散，不易滤除。为改善GAPF输出电压的频谱分布，提高其性能，本文在SHEPWM的基础上提出谐波集中型优化PWM技术，使频谱中的剩余谐波集中在相邻的两个频次，以便通过单调谐滤波器加以滤除。为保证迭代的收敛性，提出一种逐步计算初始值的方法。研究结果表明，谐波集中型优化PWM技术可在相同开关频率下有效降低系统电流的谐波含量或网侧滤波电抗的容量与功耗。GAPF在被提出时采用两电平逆变器，开关频率很低，输出电压的谐波含量大，且为抑制输出电压对系统电流的谐波污染，网侧滤波电抗需很大，导致功耗过高，这是其致命缺陷。为克服该缺陷，提出一种采用新型三电平拓扑结构的GAPF，其具有更好的安全性与实时性和更高的等效开关频率，可有效降低输出电压的谐波含量和网侧滤波电抗的容量与功耗；为提高装置的动态性能及避免负载电压的波动，提出调制比开环控制的方法，并推导了被控对象的小信号模型及PI参数的整定原则；为解决直流侧电压的平衡问题，提出一种定量计算小矢量占空比的方法，可实现中性点电压的精确调节。GAPF的传统控制方法是调制比恒定的单环相位角控制。该方法虽然简单，但只能实现近似补偿，易产生过补或欠补现象。为克服上述缺陷，本文提出两种提高无功补偿精度的方法，可实现单位功率因数补偿。给出了关于无功补偿精度的定量分析；推导了被控对象的小信号模型及PI参数的整定原则；并比较了这两种方法的优缺点。传统GAPF通过过零检测电路与系统电压同步。该方法的动态性能差，且当系统电压不平衡或存在畸变时，无法检测出其中的正序基波的过零点，这会增强系统的非线性和降低系统的稳定性。为克服上述缺陷，本文提出基于dq变换的改进锁相环，大幅提高了动态性能和锁相精度。传统GAPF由直流侧电容和电压型逆变器组成，其本身是无源的，为保证输出电压的幅值，稳态时需要从系统吸收一定的有功功率以补偿自身损耗和维持直流侧电压，所以不具备有功调节能力。为提高性能和扩展功能，本文提出结合蓄电池储能系统(Battery Energy Storage System, BESS)的方案。详述了GAPF/BESS的拓扑结构及工作原理；建立了GAPF/BESS在dq坐标系下的数学模型；推导并比较了GAPF/BESS和GAPF的静态特性；针对蓄电池的两种不同接入方式提出了相应的控制方法和充放电模式，并给出了具体的流程图。为实际验证GAPF的有效性，搭建了一台三电平的实验样机；给出了无源元件的参数选择方法；提出了窄脉冲消除及死区补偿方法；针对文中的理论分析和控制方法做了一系列实验。