为了解决现代高速铁路领域中的负序、谐波电能质量问题,本文提出了一种基于YNvd变压器的双星型多电平铁路功率调节系统。该系统采用了一种为交交变换结构,无需直流母线电容,由四个多电平级联型H桥链节与滤波电感组成的新型双星型多电平铁路功率调节器(Double-star Multilevel Railway Power Conditioner,DS-MRPC),并通过将DS-MRPC一侧直接连接于YNvd平衡变压器二次侧β相分接头的方式,取代了通过降压变压器连接于b相供电臂的传统做法,减少了一个降压变压器的成本。首先,本文讨论分析了国内外电气化铁路的发展概况、电气化铁路电能质量问题现状及几种常见的电能质量问题治理方法,并重点介绍了目前国内外专家针对铁路功率调节器(Railway Power Conditioner,RPC)的研究现状。其次,详细分析了YN/d11变压器,V/v变压器、Scott平衡变压器与新型YNvd平衡变压器各自的特性。指出YNvd平衡变压器具有负序电流抑制能力强、二次侧两相输出无直接电气联系等特点,此外当RPC应用于采用YNvd平衡变压器的牵引供电系统时所需容量也相对较小。接着本文主要针对几种多电平铁路功率调节器(Multilevel Railway Power Conditioner,MRPC)的结构特性进行研究,详细分析了传统RPC、多重化RPC、两桥臂MRPC,三桥臂MRPC、四桥臂MRPC与新型DS-MRPC等的结构特点。指出DS-MRPC结构为交交变换结构,无需直流母线电容,链节子模块、开关器件与子模块电容使用量相对较少,基于YNvd平衡变压器与DS-MRPC的新型铁路功率调节系统值得深入研究。再次本文主要针对基于YNvd变压器的双星型多电平铁路功率调节系统的拓扑结构与补偿原理进行了详细研究,并在补偿原理的基础上对系统进行了功率分析,指出在不计器件损耗与无功功率的情况下,DS-MRPC总体瞬时功率与四链节各自的瞬时功率均仅含有交流成分,不存在能使电容电压发散的直流有功分量,总体处于能量平衡状态。在补偿原理的基础上提出了一种由补偿参考电流检测运算、指令电流跟踪控制、环流抑制、四链节电容电压平衡与各链节子模块电容电压平衡控制等四个环节构成的综合控制策略。最后本文阐述了主系统电路中链节滤波电感、链节子模块电容、链节子模块数量与子模块电容电压参考值等重要参数的设计原则,并在Matlab/Simulink平台上搭建了系统仿真模型,通过仿真验证了所提出理论的可行性与有效性。