地铁作为城市轨道交通的重要组成部分,具有安全、快捷、舒适、运载量大和节能环保等特点,且运行站间距离短,制动时会产生大量的再生制动能量。然而,我国地铁供电变流系统主要采用“二极管整流+电阻耗能型”的供电变流模式,能源浪费严重;虽部分采用“二极管整流+逆变回馈型”的供电变流模式,但需单独增设直流开关柜、回馈变压器和回馈柜等设备,增加了工程造价。因此本文研究了一种基于Synchronverter虚拟同步机技术的地铁供电双向变流器控制方案,该方案不仅可利用一套变流装置实现整流牵引、逆变回馈两种运行模态,还能为配电网提供高质量的频率和电压支撑。本文首先介绍了地铁供电双向变流器系统方案,在对系统主电路结构进行分析的基础上,由同步机的电磁暂态关系及机械方程建立了同步机数学模型,结合电压和频率下垂控制得到了Synchronverter虚拟同步机控制模型。针对双向变流器这一控制对象,分别对虚拟同步机技术控制下的逆变回馈模态和整流牵引模态进行了分析,并对其频率和电压调节特性、自同步机理和运行模式切换方式进行了详细阐述,并进行了仿真验证分析。其次,通过改变双向变流器的虚拟同步机控制参数,结合系统频率、功率、电压阶跃响应,分析了逆变回馈模态和整流牵引模态下控制参数变化对系统动态与稳态性能的影响,得知较小的转动惯量对系统频率支撑作用不明显,较大的转动惯量虽能稳定系统频率,但会降低频率的响应速度,增加有功功率的超调,加剧振荡,从而影响系统稳定性,并进行了仿真验证分析。而后,针对固定转动惯量J存在无法兼顾频率和有功功率的动态调节性能这一矛盾,在分析同步发电机、电动机的功角曲线和频率振荡曲线基础上,结合储能物理约束条件,研究了一种虚拟同步机转动惯量自适应控制策略,通过动态改变转动惯量值来实现系统的优化控制,并进行了仿真验证分析。最后,搭建了小功率实验平台,完成了双向变流器相关实验。实验结果表明,虚拟同步机控制下的地铁供电双向变流器能实现整流牵引、逆变回馈两种模态的正常运行;能在不使用锁相环情况下进行自同步并网,且能根据电网电压和频率自动调节馈送至电网的功率;相较于原固定转动惯量控制策略,转动惯量自适应控制策略具有更好的动态性能。