为了实现贯通同相供电,从根本上解决牵引供电系统的过分相和电能质量问题,可以选择拉通电气化铁道牵引网供电所分区,并取消中性段。这样不仅使得机车能够在行驶过程中全线得到连续的高质量供电,还可以节约沿线变电所的变压器容量。但是,“高压环网、低压解网”的公用电网供电模式限制了贯通同相供电的可行性,针对此问题,本文研究了一种适用于牵引供电网贯通式供电的三相-单相功率变换系统实现方案。本文先对各种多电平变换器应用于高速铁路三相-单相变换系统的拓扑结构进行了介绍和比选,最终确定采用H桥级联方案为研究对象,构建了基于H桥级联的同相贯通供电方案。然后分析了针对于该种拓扑结构的双闭环控制策略和载波移相PWM调制方法,并且介绍了适用与该拓扑的子模块电容电压均衡控制方法。为了进一步提高三相-单相功率变换系统容量,本文设计了两台三相-单相功率变换系统并联运行时的简化运行方案,研究并联时变流器之间环流及其抑制方法,仿真验证变流器并联时的工作性能。在MATLAB/Simulink中进行模拟仿真,分析了系统在多种工况下的运行特性,验证了本拓扑结构应用于高速铁路三相-单相功率变换系统上的适用性和双闭环控制策略以及移相载波调制策略的正确性。最后,以某城际铁路为例,在满足牵引供电能力的前提下,开展了同相贯通供电方案的设计,分别从一次投资与后期运营维护费用等角度,计算了各项技术和经济指标。与既有单边供电方案对比,证明了其综合效益优势,为同相贯通供电技术的工程应用提供了必要基础。