地铁站间距离较短,使得地铁车辆在运行过程中频繁起动和停止,进而产生大量的再生制动能量。目前地铁牵引供电系统普遍采用12（24）脉波整流机组,其能量只能单向流动,无法吸收这部分再生制动能量。双向变流器可以将交流电转换为直流电供列车牵引使用,也可以使列车再生制动能量逆变回馈给交流电网,是再生制动能量利用的研究方向之一。本文依托科研项目“地铁牵引供电双向变流器”,开展大功率双向变流器的研制工作。首先分析了现有的耗能式、储能式、能馈式三类再生制动能量吸收方案的优缺点。针对传统的双向变流器的容量低、可靠性差、损耗高等问题,提出了一种利用IGBT反并联二极管实现二极管不控整流,利用PWM方式实现再生制动能量回馈的双向变流器思路。列车牵引时,双向变流器处于整流工况,封锁IGBT脉冲,使之处于关断状态,使用反并联二极管构成的二极管整流电路,将交流电网的电能输送给直流牵引网;列车制动时,产生的再生制动能量会使直流牵引网的电压升高,双向变流器工作在PWM逆变工况,将直流牵引网的电能回馈给交流电网。本项目要求单台双向变流器额定容量1.25MW,整套双向变流装置2.5MW,并要求有3倍的过载能力。为了降低双向变流器逆变时的损耗,采用SHEPWM配合三绕组移相变压器的谐波消除方案,使得在IGBT开关频率只有550Hz的条件下,只采用电感滤波就可以实现网侧电流THD小于5%的要求。针对双向变流器的逆变工况建立了变流器的数学模型。在此基础上,对主电路的直流支撑电容、交流电感、功率器件等主要器件进行了选型。控制系统采用经典的电压外环、电流内环的双闭环控制方式。调制方式采用谐波间隔消除的SHEPWM调制。为减小谐波对控制系统稳定性的影响,根据移相变压器谐波抵消的思想,提出了一种对基波影响很小,同时能够滤除6k±1（k=1,3,5…）次谐波的电压、电流预处理方法。在MATLAB/Simulink中对双向变流器整流和逆变工况分别进行仿真,验证了参数设计和控制算法的正确性。随后编写了双向变流器样机的控制程序,并利用两套样机搭建和互馈实验平台,对双向变流器的系统方案进行了实验验证。在800kW功率实验条件下,验证了SHEPWM配合移相变压器的谐波消除方案可以达到网侧电流THD小于5%的目标,但同时也发现变压器的温度上升很快。为解决变压器的温升问题提出了SHEPWM配合高通滤波器的谐波消除方案,并进行了2MW功率实验。结果表明新方案能够解决温升问题,同时逆变器效率、功率因数、电能质量均可满足项目要求。