铁道运输作为一种重要的交通运输方式,从其诞生之日起,就对推动人们的生产生活发挥了不可替代的作用。在经历了蒸汽、内燃、电气化的发展过程后,电气化铁路已经并将继续作为我国未来可持续发展的一种重要交通系统。目前,我国既有的牵引供电系统存在着过分相、电能质量和过载能力差等日益突出的问题,不能满足未来高速、重载铁路的发展需求。虽然有学者提出了基于既有线改造的同相牵引供电系统,但仍然不能彻底完全的取消过分相实现全网互联,提高铁路的重载与高速能力。随着电力电子技术的发展,基于三相-单相变换器的贯通式牵引供电系统可以彻底取消电分相,改善电能质量,提高过载与高速运行能力,实现全网联通,是一种理想的新型牵引供电方式。本文首先以基于三相-单相变换器的贯通式牵引供电系统为研究对象,深入分析了二极管箝位式五电平三相-单相变换器的三相侧整流、单相侧逆变的拓扑结构与数学模型,研究了适用于贯通式牵引供电系统的控制和调制策略。通过搭建的仿真模型验证了电路结构和控制策略的可行性和有效性。然后,分别对三相-单相变换器采用SPWM单相逆变调制策略、采用45°和60°坐标变换SVPWM调制的五电平三相整流策略、直流侧“二次脉动”时的谐波特性进行了理论推导分析,通过搭建的五电平仿真模型对比验证了理论分析的正确性。接着,针对电力机车牵引负荷的两种类型——交直型电力机车牵引负荷和交直交型电力机车牵引负荷分别进行了总结和典型模型分析(SS8型交直电力机车和某型动车组)。搭建了贯通式牵引供电系统仿真模型,对典型负载模型进行了耦合分析,仿真结果显示系统能够正常稳定运行并分析了相关原因。最后,搭建了小功率的三相-单相变换器实验系统,通过FPGA芯片实现实验。实验结果再次验证了控制算法的有效性,并且对比验证了对三相-单相变换器谐波特性理论分析的正确性。通过本文对贯通式牵引供电系统谐波特性的研究,基于三相-单相变换器的贯通式牵引供电系统相比既有牵引供电系统,能够有效改善牵引电网和三相公用电网的电能质量,是一种高效、绿色的牵引供电系统,发展前景广阔。