目前,我国铁路主要采用交-直-交传动系统。其中,由于单相整流器自身的特点,其输出直流电压将包含两倍网侧电压频率的脉动,既拍频电压。由于拍频电压的存在,一方面将导致网侧电流中出现低次谐波,影响网侧电能质量;另一方面牵引电机会受到拍频电压的影响,因而出现电流畸变以及转矩波动等拍频现象,且当电机工作频率处于拍频电压频率附近时拍频现象最为严重,十分不利于列车的安全稳定运行。因此,消除或减弱拍频现象意义重大。为了抑制拍频现象,目前常在直流侧并联一个二次滤波回路,即LC谐振回路。然而由于其体积和质量均较为庞大,所以十分不利于设备维护,有违牵引系统轻量化目标。因此,研究一种在无LC谐振回路的情况下,能够实现对拍频现象抑制的控制与调制算法势在必行。本文以列车两电平电力牵引系统为研究对象,以网侧直轴交轴(Direct-Axis Quadrature-Axis,DQ)电流解耦、电机侧间接磁场定向控制与多模式调制算法基本原理为基础,以抑制网侧低次电流谐波和牵引电机拍频现象为目标,开展了电力牵引变流器无LC谐振回路优化算法研究。首先,对单相脉冲整流器以及三相牵引逆变器的数学模型和工作原理进行了研究。介绍了三相异步牵引电机的在d-q坐标系下的数学模型。同时,以此为基础介绍了DQ电流解耦控制算法、间接磁场定向控制算法以及多模式调制算法。通过Matlab仿真验证了控制与调制算法的正确性,为后续展开对无LC谐振回路优化控制算法的研究提供理论基础。其次,针对无LC谐振回路拓扑中网侧电流存在低次电流谐波的问题,深入研究了拍频电压的产生机理,通过相关公式推导得到了网侧低次电流谐波与拍频电压之间的关系,揭示了网侧低次电流谐波产生机理。通过在电压外环加入陷波滤波器将拍频电压分量在引入控制系统之前进行滤除,最大限度降低给定网侧电流中的谐波含量。同时,电流内环控制器采用比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制器提高对交流分量的跟踪能力,进一步改善网侧电流质量。然后,针对逆变器-电机系统的拍频现象,深入分析了异步电机的相电压以及阻抗特性。通过推导电机定子电流公式,证明了当电机定子频率处于两倍网侧电压频率附近时会产生较为严重的拍频现象。同时,分别分析了传统调制度和频率补偿算法的实现原理及其缺陷。为了能够保证牵引电机运行在方波工况时仍能实现拍频抑制,本文在模拟单周期控制的基础上,提出了数字化单周期无拍频控制算法。并通过插值拟合算法以及切换控制算法,解决数字化过程中存在的零阶保持误差补偿以及与多模式调制相互切换的问题。最后,介绍了基于DSP TMS320F28335+FPGA SPARTAN6为控制器的RT-LAB半实物实验平台。分别对本文给出的无LC谐振回路网侧低次电流谐波抑制算法以及逆变器-电机无拍频控制算法与传统算法和带LC谐振回路拓扑进行了半实物实验对比研究。测试结果验证了本文所提出的陷波滤波器加PR控制器网侧低次电流谐波抑制算法和数字化单周期无拍频控制算法均分别能够有效抑制网侧低次电流谐波和逆变器-电机的拍频现象。