牵引供电系统是铁路系统的重要组成部分,为所有列车提供动力来源,同时也是电力系统中重要且特殊的负载,其性能优劣直接影响铁路系统的安全稳定运行和三相电网的电能质量。贯通式牵引供电系统可以彻底取消现行系统中全部电分相,实现牵引网全线贯通;还能够有效降低牵引供电系统对三相电网的负序、谐波影响,并可从灵活适应不同地区的供电制式以及便于分布式能源接入等方面提高系统性能。虚拟同步机控制策略是一种能够模拟同步发电机性能的并网控制策略,是目前并网研究中的重要方向之一,但主要应用于三相电网。本文研究了一种适用于贯通式牵引变电所的单相虚拟同步机控制策略,以期提高贯通式牵引变电所的并网稳定性与系统整体的供电可靠性。本文首先分析了贯通式牵引变电所的结构,其组成为多绕组降压变压器与三相-单相级联变换器,而为了提高三相-单相级联变换器中单个模块的耐压能力,本文选用了二极管箝位三电平拓扑结构,并阐明了其工作原理;然后基于此结构,分别阐述了三相整流器、单相级联逆变器的控制与调制策略。为了降低贯通式牵引变电所的输出电压谐波以及对大滤波电感的需求,单相级联逆变器的输出端采用了LCL型滤波器,并结合贯通式牵引变电所的实际需求,进行了滤波器参数计算。本文深入分析了同步发电机的数学模型与三相虚拟同步机控制策略的工作原理;并为了将虚拟同步机控制策略应用于贯通式牵引变电所,本文在三相虚拟同步机控制策略的基础上推导了单相虚拟同步机控制策略模型,也对其中各个模块的工作原理进行了分析;为了提升虚拟同步机控制策略的相位跟踪性能,提出了一种相位跟踪方法,以实现并网前单相级联逆变器对相位的准确、快速跟踪。此外,结合贯通式牵引供电系统的实际情况,本文对单相级联逆变器的并网过程,跟踪无功功率、有功功率过程,以及在牵引网侧电压幅值或频率发生波动的情况下,单相虚拟同步机控制策略的调整模态进行了详细地分析说明,并在此部分说明了基于单相虚拟同步控制策略的单相级联逆变器在输出特性上具有与同步发电机类似的调频、调压特性。本文也对下垂控制与单相虚拟同步机控制策略进行了分析对比。随后,本文搭建了基于Matlab/Simulink的仿真模型,通过仿真逐一验证了三相整流器与单相级联逆变器拓扑结构、控制与调制策略的正确性。并通过在各种工作模态下单相级联逆变器的功率输出情况以及输出电压与网侧电压、电流的关系验证了单相虚拟同步机控制策略的性能,得到了与理论分析一致的结果,证明了该策略的正确性和可行性。最后,搭建了基于FPGA的小功率单相逆变器实验平台,编写了基于单相虚拟同步机控制策略的控制器程序,完成了单模块单相逆变器并网实验以及三模块单相级联逆变器并网实验,验证了本文所提出的单相虚拟同步机并网控制策略的正确性和有效性。同时为贯通式牵引变电所的工程化应用奠定了更好的基础。