电气化铁路作为交通运输体系中的重要基础设施，是国民经济发展和社会进步的有力保证。然而，由于电力机车负载具有非线性、冲击性、三相分布不对称性等特点，电气化铁路给电力系统带来了谐波、电压波动、闪变以及负序电流等电能质量问题，降低了牵引供电系统本身和上级电力系统的供电质量，影响电力系统的安全和经济运行。因此，必须采取切实有效的补偿措施对电气化铁路电能质量进行综合治理，保证牵引供电系统的稳定性。本文针对现有的普通电气化铁路和飞速发展的高速电气化铁路中存在的电能质量问题分别进行了探讨，提出了相应的治理方案并进行仿真验证，仿真结果证实了所提出方法的有效性。在对普通电气化铁路电能质量治理方案的研究中，本文探讨了采用平衡变压器和不平衡变压器两种不同牵引网的电能质量治理方案。首先分析了V/v变压器和Scott变压器两种典型牵引变压器的特性，在此基础上综合考虑系统成本和装置容量，提出了两种不同的电能质量补偿方案，并详细分析了它们的补偿原理和结构优势，最后进行了仿真验证。仿真结果表明，两种治理方案都能实现较好的负序和谐波补偿。针对高速电气化铁路的电能质量治理，本文提出了一种新型的基于半桥逆变器的铁路功率补偿结构，这种新型结构较传统的铁路功率调节器，在实现同等功能的情况下可节省一对开关桥臂（四个功率开关管），有效降低了装置有源容量的成本。本文分析了新型结构的电气模型和工作原理，并对其工作过程中可能出现的直流侧电压不平衡问题进行了探讨。结合新型补偿系统的工作原理，本文提出了一种简单的参考指令信号实时检测方法。此外，研究了系统的综合控制方法，采用电压外环、电流内环的双闭环控制方法。电压外环包含直流侧母线电压平衡和电容均压两个环节，实现直流侧电压稳定。电流内环实时检测系统输出量和参考量，采用滞环控制方法，对参考指令电流进行闭环控制，最终实现直流侧电压平衡以及参考电流跟踪控制，实现系统对负序、谐波和无功功率的综合补偿。考虑到未来电气化铁路的发展趋势和新型的基于半桥逆变器的铁路功率补偿系统的结构优势，本文针对高速电气化铁路补偿结构搭建了小容量实验平台。研究了主电路参数设计方法，完成了交流侧电感参数设计、直流侧电容参数设计以及功率模块的选择，研制了基于DSP2812的数字控制系统，简要讲述了控制系统的硬件设计和软件设计。小容量样机的实验结果验证了所提出新型补偿系统的有效性。