随着我国的高速铁路进入到飞速发展的阶段,牵引供电系统异相供电方式开始对重载货运和高速客运产生极大的制约。电气化铁路同相供电系统是一种理想的牵引供电方案。它将牵引变电所异相供电改变为同相供电方式,同时实现了负序、谐波和无功补偿,不仅可解决电气化铁路电分相问题,也能提升电气化铁路电能质量,是一种在新形式下适应高速重载发展要求的供电方案。组合式同相供电系统作为一种经济性较好的同相供电系统,具有较强实用性。而组合式同相供电系统的连接方式和补偿装置的拓扑结构又极大的影响着系统的输出效果,因此研究适用于组合式同相供电的补偿装置对提升电气化铁路同相供电系统的工作效率存在着一定的意义。本文主要内容如下:(1)在分析组合式同相供电拓扑结构特点的基础上,结合PET(Power Electronic Transfomer,电力电子变压器)的拓扑结构和MMC(Modular Multilevel Converter,模块化多电平变流器)的特点,设计一种适用于组合式同相供电的,以MMC结构为基础的电力电子变压器拓扑结构MMC-PET。然后基于组合式同相供电的补偿原理,分析了牵引变压器与补偿装置之间的电压、电流关系,并基于端口补偿理论分析系统容量,说明无功、负序综合补偿后牵引变压器、MMC-PET与负载侧容量之间的关系。之后分析MMC系统和子模块的拓扑结构与MMC容量利用率的关系,并说明了为提高MMC利用率的而对系统拓扑进行的改进措施。(2)对MMC系统缓冲电感和直流侧电容等基本参数范围进行分析。在MATLAB/Simulink中采用最近电平逼近法对空载运行时的输出波形进行了仿真验证。为了进一步提高系统输出电能质量,对以二次谐波为主的系统环流进行分析,并在仿真中验证其环流抑制效果。之后根据一种适用于组合式同相供电的VPI控制法对所提出的MMC-PET拓扑进行补偿能力的分析。最后在采用跟踪性能更好的PWM载波移相控制的基础上,对补偿后的网侧波形、功率因数和负序不平衡度做出了仿真分析。(3)根据T型子模块和电容箝位子模块,给出了一种新型的双电容箝位子模块,并对其正常运行和闭锁特性进行仿真分析。最后对MMC-PET运行时的损耗进行分析,并探讨了其参与贯通式同相供电系统运行的可能性。