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随着电力电子技术的发展,基于电压源换流器的高压直流输电技术不断的发展,不仅在学术上而且在工程上都取得了高度的关注度。特别是模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)凭借其独特的优势在高压直流输电领域越来越受到关注,基于MMC-HVDC(Modular Multilevel Converter Based HVDC,MMC-HVDC)的工程也陆续建立。针对目前现行的牵引供电系统的不足,本文借鉴MMC-HVDC技术提出的基于MMC的新型牵引供电系统能够完全取消电分相装置,以及能够较好的解决电能质量问题。本文研究的基于MMC的新型牵引供电系统,从理论、仿真以及实验三个方面验证其可行性。本文提出了基于MMC的新型牵引供电系统的结构,并且计算了该系统的参数,设计了子模块电容、桥臂电感以及变压器的参数。本文研究了MMC的工作原理和调制策略。首先探讨了MMC子模块的三种工作状态,根据子模块的工作模式分析了MMC的工作原理;其次研究了针对于MMC的两种常用调制策略——载波移相和最近电平逼近调制策略;再次,由于MMC子模块电容电压的波动会影响变换器的正常工作,所以研究了电容电压均衡控制策略。根据微分数学方程,建立了三相MMC整流器在dq坐标系下的数学模型,结合数学模型研究了基于电流内环和功率外环的直接电流控制策略;其次,由于电容电压的波动造成环流,本文研究了基于二倍频解耦的环流抑制策略,并通过仿真验证了环流抑制策略的正确性;再次,本文研究了单相H桥MMC结构以及研究了单相MMC逆变器的直接电压控制策略。在上述研究的基础上,分析并建立了牵引网阻抗模型,利用Matlab/simulink仿真平台完成三个变电所并网的整个系统的仿真模型。通过系统的启动,以及机车负载在空载、带载以及故障切除等不同的工况下,系统都能保持稳定,且牵引网上的电压能够稳定在有效值27.5kV左右,表明了该系统是可以取消电分相实现贯通供电的以及进一步验证了系统主电路的调制策略以及控制策略的正确性。最后,本文搭建了小功率实验平台,在实验平台上完成了三相MMC整流实验、单相MMC逆变实验以及基于MMC的新型牵引供电系统实验。实验结果证明本系统的主电路结构、调制策略和控制策略的可行性以及该系统是可以用于牵引供电系统。