针对列车通过传统牵引供电系统电分相时存在一系列的问题,结合级联多电平变流器(Cascaded Multilevel Inverters,CMI)在牵引供电领域的应用,提出了采用级联多电平变流器的虚拟同相供电系统,彻底消除电分相的不利影响。首先,建立单相级联多电平并网逆变器的数学模型,推导了瞬时功率计算方法,建立了基于功率前馈解耦的PI 控制与最近电平调制的单相级联多电平并网逆变器直接功率控制策略,实现了中性段与接触网供电臂间能量的可控流动。接着,分析了牵引接触网相邻供电臂频率、相位的特点,提出了采用二阶广义积分器-锁相环(Second Order GeneralizedIntegrator-Phase Locked Loop,SOGI-PLL)重构电压信号,柔性实现相邻桥臂相位切换的方法。最后,搭建了基于直接功率控制和SOGI-PLL 电压重构的虚拟同相供电仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。