我国高速铁路从发展落后达到世界领先水平,仅用了十余年时间。中国高铁作为中国外交的一张名片,正以蓬勃的姿态向前发展。目前我国高速铁路和普速铁路都采用异相供电模式,此种供电模式最为突出的问题是存在电分相装置,还伴随着负序、无功和谐波等电能质量问题。随之发展起来的同相供电系统则能实现左右两相供电臂同一电压,取消电分相装置,同时还能解决负序、无功和谐波问题。同相供电系统结构发展至组合式结构时,即可实现单相牵引变压器和同相补偿装置结构上的独立,功能上的组合,提高系统灵活性。模块化多电平变流器适合高电压大功率的应用场合,当其应用在组合式同相供电系统补偿装置中时,牵引匹配变压器会因变流器直接连接在牵引母线上而省去,投资得以节约。单三相组合式同相供电系统中模块化多电平变流器为本文研究对象。针对单相两桥臂模块化多电平变流器结构引入无差拍控制法,实现变流器输出电流提前一拍控制,且具有较好的动态性能和谐波特性。采用线性插值法对下一周期电流参考值进行预测,通过离散化的变流器状态方程得到采样周期内变流器输出平均电压,结合最近电平逼近调制法可实现桥臂子模块的投入或切除,使变流器输出电流跟踪电流参考值。控制过程中增加电容电压排序环节可实现子模块电容电压平衡控制。针对本文所采用的系统结构和引入的控制方法,在MATLAB/Simulink中建立仿真模型。分别对牵引工况、再生制动工况和负载突变工况进行仿真,从仿真结果可以看出采用无差拍控制法对单相两桥臂模块化多电平变流器电流进行控制,可以完全补偿负序电流,兼顾谐波和无功治理,同时还提高了系统的动态性能和谐波特性。针对牵引变电所设计要求,增加变流器子模块冗余配置,对配备和不配备冗余子模块两种情况进行仿真,从仿真结果看,桥臂配置有冗余子模块的条件下,变流器的可靠性得到很大程度提升。