当前,轨道交通里主流的牵引供电制式有以下几种:交流25kV/50Hz和交流15kV/16.7Hz,主要用于输送距离较远、运行速度较快以及运行功率较大的干线铁路和城际铁路;直流3kV和直流1.5kV,主要用于输送距离较近、运行速度较慢以及运行功率较小的城市轨道交通。随着城市群的发展和“一带一路”国家战略的实施,给我国电力机车跨境、多供电制式运行提出了迫切要求。多流制电力机车在直流供电制式下,直流牵引网经平波电抗器后直接与牵引逆变器相连,不同的直流电压等级会带来牵引网电压与直流环节电压不匹配的问题。在此背景下,本文开展的具体研究内容如下:(1)介绍了多流制电力机车牵引传动系统的电路结构,并进一步分析了系统在交流供电制式和直流供电制式时的主电路。在交流制式下,分析了网侧变流器的工作原理与控制策略。针对电力机车中变流器工作频率较低的情况,将多重化谐波抑制技术引入到控制中。通过仿真结果说明,该技术可以大大降低牵引变压器高压侧电流的总谐波畸变率。在直流制式下,介绍了目前广泛采用的牵引网与逆变器直接相连的方式,分析了该连接方式在需要应对多种直流供电制式时,对电机设计和系统运行的不利影响。(2)针对上述问题,提出了一种将网侧变流器复用作前级升降压斩波器的方法,实现直流牵引电压与系统直流环节电压的匹配。为了抑制纹波和提高等效开关频率,斩波器采用四相交错并联的结构,建立了电路在不同模式下的小信号模型,在此基础上设计了相应的控制策略,并通过Matlab/Simulink上搭建的仿真模型,对方法的可行性进行了验证。(3)搭建了基于HIL的实时仿真平台,介绍了实验具体步骤与方法,设计了实验总体方案,并建立了本文所提的基于设备复用的前级升降压斩波器实验模型。实验结果表明,在Boost模式和Buck模式下,前级斩波器均能将直流环节电压稳定在合适大小,并有效地抑制电流纹波。面对直流牵引网电压波动与牵引电动机负载变化时,系统具有良好的稳定性和动态响应能力。