为了解决电气化铁路中谐波、负序、无功等电能质量问题及电力机车过分相问题,采用新型同相供电补偿装置实现电力机车同相供电。CPD(Co-Phase Compensation Device,同相补偿装置)作为电气化铁路有源补偿装置,是实现同相供电的重要方法。采用MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变换器)的同相补偿装置可以提高系统效率,减小CPD体积,降低成本,适用于高压大功率场合。因此,本文针对MMC-CPD(Modular Multilevel Converter and Co-Phase Compensation Device,模块化多电平同相补偿装置)的控制策略展开研究。(1)对同相供电系统常见有源补偿装置进行分析,提出采用三相两臂MMC-CPD作为同相供电系统的新型补偿装置。绘制其拓扑图,分别在abc静止坐标系与dq旋转坐标系下建立三相两臂MMC-CPD的数学模型,分析其工作原理并推算开关函数。(2)分析电气化铁路交-直型及交-直-交型两种牵引负荷电流特性。为了实现同相供电系统的电能质量补偿,须实时准确地检测电气化铁路牵引负荷及同相补偿装置的电流大小。本文采用基于dq同步基波旋转坐标系的电流检测方法。(3)在三相两臂MMC-CPD拓扑下,研究三种适用于MMC的调制策略,分别是载波移相、载波层叠以及NLM(Nearest Level Modulation,最近电平逼近调制)。分析各种调制策略的控制原理,比较在开环实验条件下采用不同调制策略获得的交流侧输出电压波形图,最终选择合适的调制策略用于同相供电系统的闭环控制中。(4)研究三相两臂MMC-CPD的控制策略。首先在dq旋转坐标系下采用VPI(Vector Proportional Integral,矢量比例积分)控制器对三相两臂MMC-CPD进行电流跟踪控制。VPI控制器具有选择性谐波补偿功能,可以对电气化铁路特殊次谐波进行补偿。随着变换器等效开关频率的提高,为了简化控制器,提出在abc静止坐标系下采用直接电流控制器对三相两臂MMC-CPD进行电流跟踪控制,直接电流控制器可直接对静止坐标系下的ab两相电压进行控制。为了平衡子模块电容电压并且抑制桥臂环流,在两种电流跟踪控制策略中都加入相应的控制环节。最后基于Matlab/simulink搭建交-直型、交-直-交型两种负荷模型,验证各种控制策略对三相两臂MMC-CPD的适用性及电能质量补偿的有效性。