郭燚， 李硕， 许慧敏， 张晓旭

(上海海事大学 物流工程学院， 上海 201306)

0 引 言

随着电力电子技术和大功率交流电机变频调速技术的高速发展，越来越多的非线性电力电子设备应用到船舶电力推进系统中.[1-3]这些电力电子设备特别是推进电机控制中采用的大功率变频器，对船舶电力推进系统的谐波污染比对陆上电力系统更加严重，已经成为影响船舶电力推进系统电网质量的重要问题.[4]

在传统的船舶电力推进系统中，推进电机控制多采用由二极管整流器和逆变器构成的交-直-交变频器[5]，给船舶电力推进系统带来以下问题：首先，当电机减速、制动时处于再生发电状态，但电机却不能四象限运行，将再生电能回馈给电网;其次，二极管不可控整流电路会向电网注入大量谐波，造成严重的电网污染.

有源前端(Active Front End，AFE)变频器应用在船舶电力推进系统中的主要优点有：采用全控型器件进行脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)整流，其输入波形接近于完美无谐波，功率因数高于0.99[6]，能够从根本上解决推进变频器对船舶电网的谐波污染问题.同时，AFE变频器能实现能量的双向流动，船舶紧急制动产生的能量可以回馈到电网.AFE变频器不仅在电力推进船舶上有良好的应用前景，也将在海洋石油平台电力系统和远距离高压直流输电领域得到更多的应用.[7-8]

1 AFE变频器的拓扑结构及AFE的数学模型

AFE变频器采用如图1所示的拓扑结构[9]，主要由输入电抗器、自换相可控整流器、电容滤波器、电压型PWM逆变器等组成.其运行状态分为两种：能量由电网流向电动机负载；……