电力电子化已成为电力系统发展趋势，在牵引供电系统中也不例外，电力电子牵引变压器(Power electronic traction transformer，PETT)通过采用电力电子器件实现了20%的体积缩小以及15%的重量减轻，符合未来高速动车组轻量化与高速化的要求。本文致力于分析恶劣运行工况(如频繁弓网离线、过分相等)对新型PETT牵引传动系统各环节造成的影响，以及提出相应的治理方案来为后续实际装车运营提供参考。一方面我国现阶段PETT型高速动车组尚处于样机研制阶段，针对恶劣运行的相关研究，其对象均为工频牵引变压器型高速动车组。另一方面考虑到新型PETT包含大量电力电子装置，对输入电能的稳定性较为敏感。因此在PETT型高速动车组实际装车运行前进行相应的理论分析，为后期运营提供理论指导依据，具有十分重要的研究意义。
　　本文聚焦于PETT牵引传动系统在恶劣工况下的运行问题，这一类问题包括频繁弓网离线造成的系统输入电压波形畸变、过分相伴随的电压相位突变以及牵引网电压频率偏移标称值等。这些问题会恶化系统谐波特性，造成系统直流母线电压的大范围波动、无法快速恢复单位功率因数运行等问题，严重威胁PETT牵引传动系统的正常运行及车载设备安全。因此有必要建立精准的PETT牵引传动系统模型，分析恶劣运行工况对其各环节所造成的影响。本文还提出了一种可剔除输入电压谐波分量的优化控制措施，上述出现的问题得到了有效的治理。本论文的研究工作主要包括以下部分内容：
　　首先，本文以PETT牵引传动系统作为研究对象，介绍了PETT的结构拓扑、控制策略以及工作原理，并建立了PETT-牵引网等效模型。通过PETT稳态与常见运行工况的仿真，验证了PETT牵引传动系统的正确性与有效性。
　　其次，为验证弓网离线这类恶劣运行工况对PETT牵引传动系统的影响，基于Mayr电弧理论建立系统等效模型，分析弓网离线对系统各环节造成的电气特性以及谐波特性的影响。推导了锁相环节的输出信号表达式，指出频繁的弓网离线或者过分相会导致PETT牵引传动系统输入电压信号发生畸变，影响锁相环节的输出信号以及后续控制环节，从而造成直流母线电压大范围波动、输出电流质量恶化等严峻影响。
　　再次，针对上一章节提出的问题，文中提出了一种基于无锁相环控制的PETT高可靠性运行策略：采用延迟信号消除法将单相畸变电压通过简单的延时和旋转，消除多余次数的谐波分量后仅输出基波分量；改进控制环节移除锁相环，降低获取电网实时相位的延迟，提高了控制系统的实时响应速度和动态特性。与含锁相环的控制进行了对比研究，结果表明提出的控制策略在恶劣工况下能够快速跟踪电网相位，并且抑制了高压直流母线电压波动，改善了系统暂稳态性能。
　　最后，本文基于RT-LAB半实物仿真平台搭建了12级级联PETT牵引传动系统模型，进行实验验证。实验结果表明，文中所提的新型控制策略可有效改善在恶劣运行工况下所造成的输出电流质量恶化以及高压直流母线电压大范围波动问题。