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目前,我国电气化铁道已经进入到高速化、重载化的阶段,传统的牵引供电系统将逐渐无法满足其需求。新兴的同相供电系统同时解决了电分相以及电能质量问题,能够很好的适应电气化铁道的发展,成为了近年来的热点研究项目。单相组合式同相供电系统因其容量利用率高和占地面积小等优势尤其受到关注,而对于电气化铁道而言最重要的是能够安全稳定的运行,因此其可靠性的研究存在极为重要的意义。本文以单相组合式同相供电装置(Co-phase Compensation Device,CPD)为研究对象,针对传统的单相组合式CPD和一种基于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的单相组合式同相供电装置MMC-CPD完成可靠性评估,并对MMC-CPD的冗余配置进行优化。本文的主要研究内容如下:(1)本文首先对组合式同相供电系统做简要描述,对其传统的级联式拓扑结构以及基于MMC的拓扑结构进行分析,并阐述了MMC的运行原理。对比CPD的结构可靠性分析方法,选择适用于本文的可靠性模型。再而介绍CPD主要器件的可靠性分析方法,并说明CPD可靠性评估流程。(2)结合绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)模块的物理失效机理及有限元分析方法完成电-热-力耦合模型的搭建,确定其薄弱环节并采用热疲劳循环仿真求取失效循环周期数,进而利用线性疲劳累计损伤模型对其进行可靠性数据分析。通过电子设备可靠性预计手册对单相组合式CPD中电容器、电抗器和控制器等其它主要器件进行可靠性数据分析。(3)利用k/n(G)系统可靠性模型完成对级联式CPD的可靠性模型搭建,对其无备用状态下的可靠性进行评估。然后对四桥臂MMC-CPD的子模块和桥臂进行可靠性建模,评估其无备用情况的可靠性,并对比分析在无备用情况下MMC-CPD与级联式CPD的可靠性,最后对CPD可靠性提升方法进行分析。(4)对MMC-CPD进行冗余设计,搭建冗余情况时的可靠性模型,分析备用策略、子模块冗余度以及子系统冗余情况对其可靠性的影响,完成MMC-CPD的可靠性优化。并以工程中已经使用的级联式CPD作为参考,对比分析MMC-CPD的冗余配置,为实际工程中MMC-CPD的使用提供参考。