机车牵引系统常采用单相电网供电，经过背靠背的整流逆变环节，产生电压和频率可变的三相电压，驱动异步电机，以带动机车运行。其中的单相整流环节，不可避免会产生频率为网侧频率两倍的低频瞬时功率脉动，进而导致直流母线电压产生二次波动。该低频波动分量不仅会提升直流母线电压最大值，并且会耦合进入整流或逆变环节，产生低频谐波电流和低频转矩。传统的解决方案以无源滤波为主。其中增加直流母线电容的滤波方案，因为用于功率解耦的电容，容量很大，通常只能采用电解电容，使用寿命较短，降低了系统的可靠性，且电容中存储了较多的能量，对短路保护十分不利；而采用LC谐振电路的滤波方案，对系统参数以及电网频率偏移敏感，鲁棒性低，而且体积较大，功率密度很低。本文以在牵引系统中得到广泛使用的H桥PWM整流为基础，从瞬时功率的角度，分析了直流母线脉动电压的形成原因及影响，以及直流母线大电容方案以及LC谐振支路滤波方案的工作原理及参数选择。对多种有源电力滤波(Active Power Filter, APF)拓扑及相应的控制方法进行了归纳，分析和比较，试图找出这些方案的共性及其变化规律，以指导抑制直流母线电压二次波动的有源电力滤波器的设计。兆瓦级牵引变流器由于功率等级较高、开关频率很低，一些高动态响应特性，高带宽要求的控制技术难以实现。基于这一基本特性，文章对各个基本有源电力滤波器拓扑的波形特点进行了探讨和研究，对各个有源电力滤波方案应用在电力牵引系统的可能性进行了分析和探讨，研究了主要的电路参数对系统特性，包括稳定性和稳定裕度、鲁棒性、电流和电压应力，系统体积的影响。针对每个拓扑的特点，对原有的控制方法进行了改善，通过引入重复控制，瞬时功率闭环等方法，改善了系统在低开关频率下的控制特性。