电气化铁路在国民经济的发展中起着举足轻重的作用。在电气化铁路高速发展的同时,由于电力机车的非线性、不对称性和波动性,不仅降低了牵引供电系统本身的电能质量,而且影响了铁路周围用电用户的供电质量。因此,有必要采取有效措施解决电气化铁路的负序、无功、谐波等电能质量问题。铁路功率调节器(7)Railway Power Conditioner,RPC(8)在治理电气化铁路牵引供电系统中负序、无功、谐波的问题和优化利用高铁再生制动能量方面,表现出良好的应用前景。然而传统的两电平RPC技术在解决上述问题上并不具有很大优势。因此,本文针对储能型模块化多电平铁路功率调节器进行了深入的研究,主要研究内容和创新点如下:论述了现有电气化铁路存在的电能质量问题和治理措施,对近几年RPC的国内外研究进展进行了概括和总结,介绍了牵引供电系统中再生制动能量治理研究现状;接着对牵引变压器的结构和补偿原理,以及RPC性能进行了分析。新型MMC-RPC相比于传统RPC具有很大优势,却也无法有效利用高铁再生制动能量和减小牵引负荷峰值功率对牵引变压器的影响。首先对不同的储能介质的性能进行对比分析,由于超级电容具有循环寿命长、充放电速度快等优点,而选择超级电容作为本文的储能装置。接着提出了储能型MMC-RPC的系统结构和四种典型的能量流动模式。然后对再生制动能量存储优先控制方式和削峰放电优先控制方式,以及负序补偿优先控制方式进行对比分析,并画出了不同工况下的等效模型图和等效相量图,根据不同工况和控制方式建立等效电路图。最后仿真结果证明:若选择负序补偿优先控制方式,该控制方式具有能解决负序问题的优势,然而其再生制动能量利用率和削峰率较低;若选择再生制动能量存储优先控制方式,该控制方式的再生制动能量利用率较高,能减小再生制动能量对电网的冲击,却会造成牵引供电系统中存在负序问题;若选择削峰放电优先控制方式,该控制方式优势在于削峰率较高,能够提高牵引变压器的利用率,但也会使三相电网中存在负序不平衡。由于不同工况在不同控制方式下具有不同的特性,所以提出了一种储能型MMC-RPC自适应控制系统,在四种不同的典型工况下,可根据系统的不同电能指标要求,能在再生制动能量存储优先、削峰放电优先和负序补偿优先三种控制方式之间进行切换来达到系统的需求。MMC-RPC能够有效解决负序问题,但无法完全解决制动工况下再生制动能量以及MMC内部电压波动的问题。针对以上问题,通过将储能装置接入MMC-RPC系统,实现再生制动能量的高效利用,在此基础上,介绍了一种储能型MMC-RPC子模块(Sub-Modular,SM)电容电压波动控制方法,在存储系统制动能量的同时,能抑制MMC内部子模块电容电压波动。首先分析了子模块电容电压波动原理,然后提出了一种子模块电容电压波动控制方法来控制能量存储系统的能量流动和消除子模块电压波动。最后在matlab/simulink中搭建了仿真模型,通过对比分析加入子模块电容电压控制方法前后的子模块电容电压波动的大小,验证了该控制方法的可行性和有效性。