随着我国经济的发展和城市化进程的加快,大城市的人口和机动车越来越多,使城市面临着日益严峻的交通压力和环境压力。而发展地铁、轻轨等城市轨道交通已经成为缓解该问题的有效措施。然而,我国城市轨道交通牵引供电领域仍然采用二极管整流机组和电阻能耗的供电模式,能源浪费严重。能量可双向流动的PWM(Pulse Width Modulation)变流器是一个非常好的解决方案,但是尚有诸多技术难题需要攻关和解决。本文对轨道交通牵引供电双向变流器的研究过程和工业应用进行了总结,针对工况需要,围绕着几大技术难题及研发重点逐步展开,主要涉及多重化并联技术、三电平主回路拓扑结构优化设计、系统通信控制方法、器件选型及硬件设计、混合供电控制策略、系统仿真、样机测试以及现场工业应用等方面。为了降低双向变流器的占地空间,课题首先对双向变流器的系统方案进行了论述,针对三电平主回路拓扑结构进行优化设计,研发了多重化并联技术,在脉冲控制上采用了同步脉冲触发及载波移相调制策略,成功研制了高功率密度的功率柜体。在系统控制方案上,重点研发了DSP(Digital Signal Processing)、PLC(Programmable Logic Controller)以及HMI(Human Machine Interface)之间的通信方案及控制策略,并针对现场工况和保护进行了软件的优化设计。本文第三章对系统硬件和关键器件进行了设计和选型,关键器件主要包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、电容、高阻抗分裂绕组变压器的选型,并通过热仿真验证器件选型的合理性。同时对硬件板卡进行了设计和制板,并通过MATLAB对系统控制进行了仿真,验算系统软硬件设计的合理性。在样机试制成功以后,通过模组双脉冲测试、电气性能测试和电磁兼容测试对双向变流器样机整体的软硬件设计进行了测试。本文第四章重点介绍了双向变流器的混合供电策略,这为后续双向变流器的现场应用打下了基础。本文在最后详细论述了双向变流器在现场挂网应用后的运行情况及测试数据,分析了双向变流器混合供电模式和稳压供电模式的特点,并对双向变流器挂网应用以后对功率分配、越区供电、轨电位以及接触网压波动等方面的影响进行了测试和分析,同时对双向变流器的峰值容量、供电及回馈电能数据和分布式无功补偿能力进行了验证。实测数据表明,双向变流器具备替代二极管整流机组和能馈装置的能力,具有占地面积小、直流网压波动小、优化供电质量、减小越区供电、降低线路损耗、降低轨电位等优点,具有较高的推广和应用价值。该论文有图60幅,表13个,参考文献81篇。