为有效回收电气化铁路交流传动型机车产生的大量再生制动电能,同时兼顾改善牵引供电系统电能质量的目的,提出一种背靠背混合储能系统及其控制方法。首先,理论分析系统整体能量分配关系及优化补偿机理;然后,逐一提出混合储能系统目标出力值分配策略,含电能质量指标参数约束的背靠背变流器优化补偿数学模型及限幅功率动态调整的混合储能系统内部协调控制策略,共同构成该系统的复合优化控制方法;最后,基于预设工况及某牵引变电站典型日实测负荷数据,从功率流分配、电能质量改善效果、蓄电池/超级电容全时间段出力情况、不同储能混合度下的制动电能回收率等方面进行仿真分析与验证。结果表明:所提系统及其控制方法能够协调控制制动能量多向按需转移、存储和释放,实现了再生制动能量的合理利用;能够有效降低系统侧负序电流、提高平均功率因数;同时,不同储能介质间能够进行合理的功率分配,有利于提高混合储能系统供电可靠性及长期稳定运行的能力。