PWM整流器由于其具有较高的功率因数,较低的谐波含量,能够实现能量的双向流动等优点被运用到众多领域,其也被运用高速列车上将牵引网的交流电转化为直流电。由于PWM整流器采用开关器件,其具有较高的响应速度,控制灵活方便,但却缺乏惯性和阻尼特性,因此传统算法无法给牵引网提供支撑,高速列车应对牵引网故障的能力也较弱。在分布式发电领域,部分学者提出了虚拟同步机技术,将并网逆变器模仿同步发电机的外特性如下垂特性、惯性和阻尼特性,减少电力电子设备高渗透率下对电力系统带来的潜在风险挑战。本文基于虚拟同步机的思想,提出了一种新型牵引整流器控制策略,模仿了同步机的外特性。该方法能够实现源和负荷间的动态平衡,在牵引网异常时,为牵引网提供支撑,有助于提高系统的稳定性。首先,本文简要介绍了虚拟同步机的基本原理,将两电平牵引整流器与同步机进行等效,推导了适用于牵引整流器的虚拟同步机的机械模型、电气模型以及电磁模型。针对牵引整流器的单相拓扑,对传统虚拟同步机功率计算进行改进,利用二阶广义积分对系统功率进行计算,并在控制环节加入了电压支撑以及频率支撑环节,最终得到了一种基于虚拟同步机技术的牵引整流器控制策略。其次,由于目前稳定性问题受到广泛的关注,本文介绍了一种典型的线性时变周期模型——谐波状态空间模型,以及该模型进行稳定性分析的方法,并利用该理论对所提基于虚拟同步机技术的牵引整流器控制策略进行了详细的建模分析。建立了时域下拓扑、控制环节以及闭环系统的平均模型,之后在最小周期轨迹附近线性化,接着将线性化模型转换到频域下得到系统最终的谐波状态空间模型。然后,本文介绍了基于RT-LAB+DSP TMS320F28335的硬件在环测试系统,通过Matlab/Simulink仿真以及硬件在环测试验证了所提控制算法的基本功能:单位功率因数运行以及直流侧电压跟踪给定值,其次验证了其部分同步机的特性,验证了其在牵引网电压幅值和频率发生波动时,能够自主参与牵引网调节,对牵引网提供支撑。最后,本文通过Matlab/Simulink仿真、硬件在环测试以及理论计算的系统矩阵特征值轨迹对所提控制方法进行稳定性分析,分析了控制参数对系统稳定性的影响,验证了谐波状态空间模型的有效性。