电气化铁道供电系统中存在谐波、无功和负序等问题,相邻供电区间电分相装置的存在导致列车运行速度低,主断路器频繁分断,影响牵引主电路的安全运行。采用新型同相供电变流器实现列车同相供电,可以使上述问题得到很好解决。与现有的同相供电变流器相比,采用MMC同相供电变流器可以省去一个变压器,提高系统效率,减小体积,降低成本。本论文将模块化多电平变流器(MMC)技术应用于同相供电变流器,对相关关键技术开展研究。研究了单相MMC。分析比较了传统多电平变换器的类型和优缺点,详细论述了单相MMC的拓扑结构及工作原理,建立了单相MMC的数学模型,结合载波移相技术(CPS-SPWM)的调制策略,运用子模块直流电容的均压控制策略对直流母线电压稳压,保证MMC的正常工作。研究了MMC同相供电变流器。分析了同相牵引供电系统的基本结构和工作原理,在此基础上创新性地将MMC结构运用在综合潮流补偿器(IPFC)中,并探讨了相应的指令电流检测算法。针对5MVA容量的同相供电变流器进行设计和仿真。对该变流器的主电路器件进行参数计算和选型,在MATLAB/simulink平台中搭建模型进行不同工况下的仿真实验,最后结合同相供电系统设计了一个主从式结构的MMC控制器系统。通过MATLAB/simulink的仿真实验,验证了CPS-SPWM调制策略和子模块稳压控制策略的正确性,基于MMC的同相供电变流器在不同工况条件下均能正常进行有功传递、无功补偿和谐波抑制,达到对电气化铁道供电的电能质量进行综合治理的目的。