电力高铁因具有载客量大、安全快捷、环保舒适等优势,成为世界各国大力发展的重要交通工具,同时受到国家的大力支持,已被列为《中国制造2025》十大重点突破发展领域之一。目前传统列车牵引供电系统主要采用工频降压变压器+交-直-交变流器架构,存在着体积大、质量重、轻载低效、功能单一、易发生电磁谐振等不足,采用电力电子牵引变压器(Power Electronic Traction Transformer,PETT)替代传统工频变压器,在克服了工频变压器方案的不足,保留了其变压和电气隔离特性的同时,亦可有效地提升列车的运载能力,是解决电力机车轻量化的关键途径之一,已成为国内外研究热点。目前PETT相关研究中主流的电路拓扑采用级联H桥式AC/DC+中频隔离DC/DC+并联DC/AC三级架构,虽然控制灵活,但存在着功率变换级数多,系统工作效率提升严重受限的问题。相比基于级联H桥式结构,基于级联式高频链矩阵整流器(High Frequency Link Matrix Rectifier,HFLMR)的 PETT 拓扑,将 AC/DC 输入级与 DC/DC 隔离级结合,在不增加功率开关器件的基础上,减少一级功率变换,有效提升了系统效率和功率密度。本文以单相级联式HFLMR为对象,开展其可靠调制策略和高性能控制策略的研究,对促进高铁高效轻量化发展具有重要理论研究意义和工程应用价值。本文的主要研究内容如下:首先,分析单相级联式HFLMR的基本工作原理,并利用状态空间平均法建立了单相HFLMR模块的小信号模型,利用零极点分布图分析了各无源器件对系统动静态响应性能产生的影响,为控制系统以及参数设计提供理论依据。其次,基于解结耦PWM策略分析了 HFLMR在矩阵变换器电流换相时电压尖峰产生的机理,提出一种抑制电压尖峰的空间矢量调制策略,通过合理的开关状态,实现变压器漏感预充电,保障矩阵变换器安全稳定换流。为了提升单相级联HFLMR系统的抗干扰能力和动态响应性能,克服常规基于PID调节器的控制算法无法兼顾快速性与超调量优化的不足,本文引入滑模变结构控制策略,设计了基于指数趋近律的电压、电流双闭环滑模变结构控制器。最后,基于MATLAB仿真软件建立单相HFLMR以及两模块级联单相HFLMR仿真模型,对所提的新型调制策略和基于指数趋近律的滑模变结构控制策略分别进行仿真验证及分析,仿真实验结果证明了其正确性和可靠性。