我国电气化铁路采用单相工频交流供电方式,该方式具有电压等级高、供电能力强、损耗小等优点,但存在谐波、无功、负序等电能质量问题和过电分相问题。随着高速、重载电气化铁路的发展,这些问题将会变得更加突出,直接影响到列车安全、可靠运行。传统的解决方案通常分别从治理电能质量和自动过分相两个方面展开,不仅投资大,而且造成系统结构复杂。同相供电系统从同时解决电能质量和过电分相两个问题出发,能够彻底解决目前牵引供电系统存在的问题。该技术为我国高速、重载铁路未来的发展,开辟了新的方向。本文正是基于此,对同相供电系统结构、检测技术、控制策略等关键技术进行研究,并主要完成以下几个方面工作：1.对同相供电系统结构和有源补偿原理进行分析,分析适应不同牵引变压器和交直交型变流器的有源同相供电系统结构,为同相供电系统工程优化实施提供参考。2.分析当前平均功率理论和瞬时无功理论的优缺点,针对同相供电系统需要补偿负序的特点,借鉴瞬时无功功率理论,研究了适用于平衡变压器结构和V型接线变压器结构的同相供电系统电流和功率检测方法。3.研究了同相供电系统变流器传统电压和电流控制方法。在此基础上,提出了一种单相变流器直接功率控制方法,该方法有助于改善变流器的动静态效果,并将该方法应用于同相供电系统。结合系统侧电能质量指标的约束,提出满足电能质量指标的变流器有约束控制策略,该方法使得在同相供电系统在满足电能质量技术指标时,将有助于大大降低变流器容量,提高系统的经济性。4.研究了同相贯通供电系统结构和原理,提出单个变电所直接功率控制策略,设计了相应控制器结构,仿真结果表明在单相侧输出功率突变的情况下该方法能快速协调三相和单相侧的有功功率,并且单相侧无功不影响三相侧功率因数。其次提出同相贯通供电系统多个变电所的容量和位置优化设计,算例分析表明经过优化有助于降低贯通线路损耗,为大功率交直交型变电站容量设计和站址选择提供理论依据。