近年来,高速铁路的建设发展越来越快,已然成为了运输和出行最重要的方式。传统的电气化铁路由于牵引供电系统的结构存在着三相负荷不平衡的问题。而相比传统的电气化铁路,高速铁路的负荷功率更大,发车频次更高,其造成的不平衡问题更为严重。不平衡产生的负序电流会严重影响电力系统发、输、配电等各个方面的安全稳定运行;此外,高速铁路上运行的动车组在刹车制动时会采用再生制动的方式,而再生制动能量目前并没有在牵引网内得到有效的利用,大部分的再生制动能量回馈到电网使得高速铁路造成的不平衡问题进一步恶化;现有的有源补偿装置可以有效地治理不平衡问题,然而补偿装置所需容量大、造价高,很大程度上制约了其广泛的应用。因此,有必要对高速铁路牵引供电系统的不平衡补偿技术进行深入的研究,本文主要的研究内容如下:（1）详细分析介绍了高速铁路三相负荷不平衡问题的成因和危害,再生制动功率回馈的问题以及牵引变压器轮流换相接入电网的情况。在此基础上,综述了牵引供电系统三相负荷不平衡补偿技术的研究现状,对现有补偿技术进行了分类,并总结了各自的优点和不足;论述了牵引供电系统对于再生制动能量利用的不同方法,并指出了各种方法的利弊;最后阐明了本课题研究的重要意义。（2）针对高速铁路有功率回馈的情况,提出了一种电磁混合不平衡补偿系统。研究了不同工况下功率回馈对负序电流产生的影响;提出了混合补偿系统的拓扑结构,并根据不同补偿装置的响应速度和特点探讨了混合系统协同补偿的工作原理;按照协同补偿的工作原理,推导了两套装置各自的补偿参考电流,设计了混合补偿的控制系统和最低安装容量,并对其成本进行了分析;最后,通过仿真实验验证了所提出方法的有效性。（3）针对单站不平衡补偿方法很难将不平衡补偿装置的安装容量进一步降低的情况,提出了一种高速铁路多站协同不平衡补偿系统。常规的Steinmetz和RPC不平衡补偿原理根据单站负序电流的治理而提出,不太适合多站协同补偿。因此,提出了更适合多站协同补偿的直接注入法。研究了多站协同补偿的工作原理,推导计算了多个站总的负序电流和各站补偿装置需要补偿的负序电流,从理论上证明了多站协同补偿方法可以降低单个站补偿装置1/3的安装容量。为了降低整个系统的通讯要求提高其可靠性,提出了基于多智能体的控制策略并设计了多站协同控制系统。最后通过仿真实验验证了多站协同补偿的有效性和优点。（4）针对高速铁路中加入储能来提高再生制动能量和牵引变压器利用率的情况,提出了考虑储能的高速铁路不平衡补偿系统。分析了在不平衡补偿装置的基础上加入储能单元的拓扑结构。为了使得储能和不平衡补偿两个功能之间互不影响,分析了两个功能解耦控制的可能性,并研究了相应解耦控制的方法。通过对装置的容量和功率分析发现解耦控制不仅使两个功能可以根据实际需求被灵活地控制,还能在储能单元功率一定时降低补偿装置15.47%的安装容量。最后通过仿真实验证明了该系统可以根据需要灵活地补偿不平衡和储能而互不影响。本文根据高速铁路特性研究的高速铁路三相负荷不平衡补偿技术,进一步丰富完善了牵引供电系统电能质量补偿的理论和技术体系,为高速铁路的快速发展增添了一份保障。