电气化铁路所具有的运力大、运行成本低,使用寿命长、环保节能等优点,使得发展建设电气化铁路成为必然的趋势。牵引供电系统的地位和作用决定了它一方面要满足电力机车牵引性能的要求,另一方面不能对公共电网造成不利影响。然而传统的电气化铁路牵引供电系统存在着诸多问题：单相机车负载必然会在三相公共电网引发负序电流：机车作为非线性的感性负载,会给三相电网带来无功、谐波污染；传统的相序轮换、分段分相的供电方式使得电分相环节必不可少。针对电气化铁路牵引供电系统存在的问题,国内外进行了大量的研究,其中同相供电是一种根本性的解决方案。论文围绕着新型同相供电拓扑及相应的控制策略展开研究。提出了一种无牵引变压器的新型同相供电拓扑。该拓扑输入侧连接公共电网,输出侧直接对接触网进行供电,采用全电力电子变换的方式完成了三相公共电网对单相接触网的电能转换功能。由于机车负载的波动性、随机性,为了提高动态性能,建立了无牵引变压器同相供电装置的小信号模型,并提出了电压、电流双闭环的扰动量全前馈控制策略；在输出侧的控制中,采用双电压闭环的方式,并使用载波移相技术,输出高质量的接触网电压：改进线电容电压平衡控制策略,提升了母线平衡的速度和平衡效果。针对结合牵引变压器的同相供电方式,提出了一种新型拓扑。该拓扑采用高频多绕组变压器,并结合V/x型牵引变压器,实现同相供电。从理论上推导了牵引变压器的平衡条件,给出了结合V/x型牵引变压器的同相供电装置的指令电流计算方法：建立了高频H桥和高频多绕组变压器的物理模型,并利用模型建立了输出功率与输出电压相角的关系；基于功率平衡的独立母线电压平衡控制策略,并将该策略与与有功转移方案结合起来,形成了完整的同相供电装置控制策略。基于PSIM仿真环境,论文对两种拓扑结合相应控制策略进行了仿真,仿真结果验证了所提出两种拓扑及其控制策略的有效性,并在实验平台中对无牵引变压器同相供电系统进行了实验验证,为同相供电的研究提供了新的思路。