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电气化铁路具有牵引动力强、噪声小、环境污染小、能源利用率高、运输量大等优点，是促进国民经济快速发展的重要交通工具。传统电气化铁路供电方式存在电能质量、过分相、容量利用率等问题。为了解决传统供电系统所存在的问题，提出了一种基于MTDC（modular multilevel converter multi-terminal DC，MMC-MTDC）新型牵引供电系统，新型牵引供电系统利用电力电子变流技术，输出同相位的单相电，消除机车“电分相”问题，大大改善公用电网和牵引网电能质量。 本文将多端直流输电技术应用到铁路牵引供电系统中，利用MMC在公用电网和牵引网之间构建直流网络，以基于MTDC新型牵引供电系统为研究对象，对其进行了数学建模、理论分析、控制策略设计、仿真验证等，论文的主要内容有： 1）分析MMC-MTDC基本结构及控制原理。对组成牵引供电系统的MMC换流器进行介绍，论述了MMC基本结构，MMC子模块运行状态，阐述了MMC的数学模型，对MMC的两种调制策略展开研究；详细介绍了MMC-MTDC系统数学模型的建立，对MMC换流站与交流系统间的功率传输原理进行分析，并设计了适用于MTDC系统的三级控制结构，分析了其换流站级控制策略。 2）对MMC-MTDC系统级协调控制策略进行了研究。对主从控制，直流电压偏差控制，直流电压斜率控制等几种基本控制策略进行了分析介绍，分别论述了它们各自的优缺点，并针对不足之处提出了优化控制策略。优化设计了一种混合控制策略，该策略同时运用多端系统站间与站内混合控制方案进行配置，在站内电压裕度阶段引入倾斜特性，抑制了暂态过程中直流电压的过冲击，且避免了系统发生扰动时多个换流站功率同时变化。在PSCAD/EMTDC中构建了五端MMC-MTDC仿真模型，对上述几种控制方式下系统暂稳态特性进行仿真，验证所设计的协调控制策略的稳定性及有效性。 3）对MMC-MTDC新型牵引供电系统控制方法进行了研究。构建了本文所研究的五端新型牵引供电系统结构，介绍了单相H桥型逆变器（single phase H-bridge，SPH-MMC）数学模型及原理，在对SPH-MMC瞬时功率分析的基础上，设计了环流抑制器；为了对系统直流电压和有功功率进行控制，提出了一种基于直流电压平方的改进下垂控制策略；建立简化电力机车模型，在PSCAD/EMTDC中对所设计的系统控制策略进行仿真分析。