为适应我国高速重载铁路发展,牵引供电方式研究十分必要。同相供电作为一种新型牵引供电方式,不仅能取消制约牵引负荷速度的电分相,提高系统可靠性,而且能够解决负序、谐波、无功等电能质量问题。组合式同相供电方式是一种新提出的同相供电方式,因同相补偿装置的结构更灵活且其容量可以小于牵引变压器容量、系统的一次性投资少等优势,在现有的同相供电系统中脱颖而出。根据目前试验运行情况,如何在满足国标的要求下进一步降低补偿装置的容量,且能够补偿交-直-交型机车产生的高次谐波,成为亟待解决的问题。基于此,本论文展开如下研究:(1)在分析组合式同相供电系统工作原理基础上,分别计算当全补偿和欠补偿时,系统中组合式变压器原边、次边电流变换关系,进一步确定影响补偿后电能质量的各个参数。并针对不同类型的牵引负荷,绘制三维图。基于以上计算,建立以补偿后电能质量满足国标为约束条件,单相BTB(Back-to-Back,背靠背)补偿装置容量最小、牵引变压器与BTB容量之和最小为目标函数的两种优化模型。利用牵引变电所的实际参数,通过优化工具箱进行优化计算,分别得出满意补偿时两种模型的最小容量。(2)为保证补偿装置能适应牵引供电系统容量等级的同时,补偿高次谐波,论文提出_基于MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变换器)的组合式同相供电系统。在单相MMC的基础上,建立系统数学模型,给出主电路SM(SubModule,子模块)个数、缓冲电感以及SM直流侧电容参数的计算公式。(3)研究基于MMC的组合式CPD(Co-Phase Compensation Device,同相补偿装置)的控制策略。根据一般APF(Active Power Filter,有源滤波器)的无谐波电流检测原理,设计组合式CPD的无牵引负荷电流检测的方案;为补偿高速牵引负荷产生、的高次谐波,选择VPI(Vector Proportional Integral,矢量比例积分)控制器进行电流跟踪。在此基础上,提出采用无负荷电流检测的改进VPI控制策略。搭建交-直型、交-直-交型以及混跑负荷下的Matlab/simulink模型,通过仿真验证改进控制策略的正确性以及补偿高次谐波的有效性。将改进的VPI控制器与MMC电容电压平衡控制相结合得到最终的控制方案,通过仿真验证改进控制方法对基于MMC的组合式CPD的适用性。