随着我国电气化铁路高速、重载的发展，机车负荷引起的电力系统负序、无功、谐波及过电分相问题更为突出。采用同相供电系统取消了电分相，同时对负序、无功和谐波进行治理，是一种理想的牵引供电方式。利用单相H桥型模块化多电平换流器（Single-Phase H-bridge MMC，SPH-MMC）与组合式平衡变压器相结合的新型同相供电潮流控制器，可节省传统同相供电系统中的匹配变压器，减小同相补偿装置体积，降低了系统成本，是同相供电潮流控制器的发展方向。本文结合“电气化铁路贯通同相供电与运用技术研究”课题中变流器拓扑优化内容，以新型同相供电潮流控制器及其实验平台为研究对象，完成了以下工作：　　（1）基于电气化铁道同相供电系统的补偿原理，分析了SPH-MMC拓扑结构的四象限工作原理，推导出SPH-MMC的数学模型，并研究了SPH-MMC的环流特性。　　（2）讨论了SPH-MMC主电路中的功率模块、单元直流电容和桥臂电感值3个关键参数的设计原则。针对 450kVA 容量的SPH-MMC，计算了的开关器件损耗并利用ANASYS ICEPAK给出功率单元最优散热片尺寸。　　（3）设计了基于SPH-MMC的同相供电潮流控制器综合控制策略，其中包括电流环指令电流提取算法、开关频率优化排序的SPH-MMC 直流电容电压控制、基于 PR调节器的桥臂环流抑制控制和对称切除故障相桥臂子模块的容错运行控制。利用MATLAB/SIMULINK 搭建 20模块系统模型，仿真验证主电路参数和控制策略的正确性。　　（4）通过对瞬态电流控制和单相dq0解耦控制两种上层控制方式进行比较，并结合（3）所研究的SPH-MMC内部控制，提出基于SPH-MMC的能量互馈同相供电实验系统控制方案。最后通过MATLAB/SIMULINK仿真进行验证。　　通过上述研究工作，本文形成了一套 SPH-MMC 主电路参数设计方法；给出的潮流控制器控制策略具有一定的工程应用价值；基于单相 dq0 解耦的上层控制方案更适用于实验系统，可大量节省实验电能。