交-直-交无工频牵引变压器的交流传动系统是国内外机车行业研究的热点。因为它能有效的减轻机车重量,降低车轮对轮轨的冲击,延长钢轨的使用寿命,减小线路的维护和故障概率,同时提高牵引系统的可靠性与整体效率。以模块化多电平(MMC)与中频变压器为核心结构的交直变换系统是其中的典型的方案之一,该变换系统采用直接的AC/AC/DC变换模式,只需要一个中频变压器,结构上更加简单,功率变换效率更高,高压隔离更加容易。并且随着近年MMC技术于高压直流输电领域取得的成果,MMC拓扑的优势愈发明显,所以对该方案展开研究将具有重要的理论价值以及工程应用价值。目前针对基于MMC的交直变换系统相关研究依然较少,本文做了主要工作如下:1、对基于MMC的交直变换系统的主电路工作原理进行分析,包括电路的工作模式,系统能量流动,功率分析以及MMC子模块电容电压脉动,MMC桥臂间环流分析等,并建立了系统的动态数学模型。2、基于CRH5型动车的一个动力单元的额定参数设计了系统的主电路参数,包括网侧电感,MMC子模块个数,子模块电容值,中频变压器相关参数,移相变换器相关参数、直流侧滤波装置相关参数等。3、对系统各个部分进行了控制策略设计,包括前端四象限变换器控制电路,MMC子模块电容电压均衡控制电路,MMC交流输出电压控制策略,以及隔离型AC/DC变换器控制策略。提出了一种基于谐波注入原理的MMC交流输出电压的开环控制方法,并设计了一种基于排序法的适用于全桥子模块的电容电压平衡控制算法。4、根据CRH5型动车一个动力单元的额定参数,于Matlab/Simulink仿真平台下搭建了系统仿真模型,验证了上述理论分析的正确性以及控制系统的有效性。最后的仿真结果表明,该系统直流侧输出电压稳定,能够保证网侧功率因数为1,实现能量的双向流动,并且,所设计的控制方法灵活,能够发挥MMC模块化的优势,使其更有利于冗余设计,从而适用于各种不同电压等级的系统当中。