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混合动力动车组(HybridElectricMultipleUnits，简称HEMU)能够实现电气化铁路和非电气化铁路间的跨线运行，是市域交通的有效解决方案。本文依托“十二五”国家科技支撑计划重点项目——“混合动力动车组关键技术研究及典型样车研制”(项目编号2013BAG21Q00)，在完全自主设计，关键技术原始创新的基础上，针对在项目实施过程中HEMU遇到的若干关键技术问题展开了深入研究。
首先，针对牵引系统多模式调制策略的切换冲击现象展开研究。根据异步电机T型等效电路，在低开关频率下多模式调制策略深入研究的基础上，计算得到不同基波频率和转差频率下的阻抗模型，同时结合电机dq坐标系模型，证明了切换过程中谐波电压突变引起的定子电流及转子磁链暂态分量是产生电流及转矩冲击的主要原因。在该结论的基础上，考虑HEMU所采用的多模式调制策略，结合不同调制模式下电压的谐波特性和三相异步电机的阻抗模型，提出了适用于全速度范围内不同调制模式间平滑过渡的切换策略，并给出了适配于HEMU硬件架构的具体实现策略。
其次，针对辅助供电技术展开研究。为了改善辅助系统复杂负载特性对输出电压波形的影响，提出了基于复信号流的归一化双闭环设计方法，该方法充分考虑dq轴耦合和离散化方法对控制性能和稳定性的影响，借鉴复信号的概念大幅简化控制系统的设计难度，同时，综合分析多种离散化方法对控制性能的影响，从理论上论证了适合于辅助系统的最佳离散化方法，实现了单台辅助变流器的优秀波形控制。在此基础上，为了实现多台辅助变流器的无通信互联性并联，提出了改进型阻性下垂法，并在此基础上针对泵类负载、下垂法引起的电压跌落和参数不一致等问题提出了基于大下垂特性的综合补偿策略，同时，针对非线性负载均分问题提出了虚拟阻抗设计方法，最后，考虑系统低开关频率运行引起的开关次环流，提出了基于母线电压同步和同步调制的混合载波同步策略，最终实现了复杂运行环境下的准确负载均分。
最后，针对HEMU特有的能量管理和级联稳定性展开研究。具体分析了HEMU在循环周期内的功率需求和各动力源的电气特性，提出了基于站间循环能量配置原则，解决了柴油发电机和动力电池之间的能量配合问题；然后进一步分析了HEMU运行区间的逻辑门限规则和柴油发电机下垂特性，在考虑了不同负载特性的基础上提出了基于运行规则逻辑门限的能量管理策略，保证了HEMU的能量稳定性。随后讨论了HEMU的电气稳定性，基于小信号建模推导了混动级联系统在不同运行工况下的闭环传递函数以及闭环阻抗，在此基础上采用全频段禁止区域的阻抗比判据对系统的稳定性展开了分析，并进一步提出了采用虚拟电容反馈保证HEMU在全速度运行范围内的稳定性。
首先，针对牵引系统多模式调制策略的切换冲击现象展开研究。根据异步电机T型等效电路，在低开关频率下多模式调制策略深入研究的基础上，计算得到不同基波频率和转差频率下的阻抗模型，同时结合电机dq坐标系模型，证明了切换过程中谐波电压突变引起的定子电流及转子磁链暂态分量是产生电流及转矩冲击的主要原因。在该结论的基础上，考虑HEMU所采用的多模式调制策略，结合不同调制模式下电压的谐波特性和三相异步电机的阻抗模型，提出了适用于全速度范围内不同调制模式间平滑过渡的切换策略，并给出了适配于HEMU硬件架构的具体实现策略。
其次，针对辅助供电技术展开研究。为了改善辅助系统复杂负载特性对输出电压波形的影响，提出了基于复信号流的归一化双闭环设计方法，该方法充分考虑dq轴耦合和离散化方法对控制性能和稳定性的影响，借鉴复信号的概念大幅简化控制系统的设计难度，同时，综合分析多种离散化方法对控制性能的影响，从理论上论证了适合于辅助系统的最佳离散化方法，实现了单台辅助变流器的优秀波形控制。在此基础上，为了实现多台辅助变流器的无通信互联性并联，提出了改进型阻性下垂法，并在此基础上针对泵类负载、下垂法引起的电压跌落和参数不一致等问题提出了基于大下垂特性的综合补偿策略，同时，针对非线性负载均分问题提出了虚拟阻抗设计方法，最后，考虑系统低开关频率运行引起的开关次环流，提出了基于母线电压同步和同步调制的混合载波同步策略，最终实现了复杂运行环境下的准确负载均分。
最后，针对HEMU特有的能量管理和级联稳定性展开研究。具体分析了HEMU在循环周期内的功率需求和各动力源的电气特性，提出了基于站间循环能量配置原则，解决了柴油发电机和动力电池之间的能量配合问题；然后进一步分析了HEMU运行区间的逻辑门限规则和柴油发电机下垂特性，在考虑了不同负载特性的基础上提出了基于运行规则逻辑门限的能量管理策略，保证了HEMU的能量稳定性。随后讨论了HEMU的电气稳定性，基于小信号建模推导了混动级联系统在不同运行工况下的闭环传递函数以及闭环阻抗，在此基础上采用全频段禁止区域的阻抗比判据对系统的稳定性展开了分析，并进一步提出了采用虚拟电容反馈保证HEMU在全速度运行范围内的稳定性。