现代电力电子技术的发展带来的电能质量问题日益引起了人们的关注,有源电力滤波器(Active Power Filter,以下简称APF)作为有效治理手段,成为了电工领域的研究热点。但是,随着大容量非线性负载的增多,同时由于传统结构APF受限于现有开关管的发展水平,在进行补偿时现有APF难免会遇到待补偿量超出了装置的实际输出容量而无法满足对供电品质的要求的情况。因此,APF的扩容问题日益凸显,研究如何实现大容量APF,以及如何实现APF容量的灵活扩充,已成为APF研究领域的热门课题。本文围绕这个问题展开了讨论,提出了有效解决方案。首先,本文在查阅了大量资料的基础上,概述了电力系统中谐波的危害、APF的发展历程和大容量APF的研究现状,给出了APF扩容时常用的五种解决方案,分析了这几种结构的特点、应用场合和各自优缺点,提出了本文的研究重点：采用级联多电平拓扑结构实现APF的扩容问题。其次,本文阐述了普通H桥级联多电平和混合H桥级联多电平拓扑APF的工作原理,并建立了数学模型：包含三相坐标系和DO旋转坐标系两种情况。再次,本文讨论了相移载波PWM和空间矢量PWM调制策略的基本工作原理和在级联多电平拓扑结构中的应用,对现有三角波载波加PI电流环跟踪控制方法进行了改进,介绍了无差拍控制方法在级联多电平APF中的应用,从物理意义方面详细分析了改进了现有电压环控制方法的控制理念,指出了可能存在的问题,并进行了有效改进,同时,本文还给出了级联多电平APF主电路设计思路和设计方法,并以基于线电压10kV配电系统,2000KVA有源电力滤波器为例,进行了主电路参数设计。最后,依照本文给出了主电路参数和控制方法在MATLAB下搭建了系统仿真模型,取得了良好的补偿效果,实现了本文的研究目标。