现有的单相工频牵引供电系统的对电力系统造成了三相负载不平衡、无功和谐波污染问题,尽管已采取了一些解决问题的措施,但效果很有限,而且其中的相序轮换措施对机车高速、重载运行产生了不利的影响.基于这种状况,该文提出了采用有源滤波器的三/单相平衡变换的牵引供电系统方案,以综合解决铁道牵引供电系统的上述问题.针对目前广泛采用的对称型和不对称型的牵引变压器,提出了两种平衡变换系统的实现方案,在此基础上提出了三/单平衡变换的同相供电系统的结构.从有源滤波器与供电系统的连接关系、有源滤波器采用的变流器的电路形式角度,分析了各种无源、有源、混合型滤波器方案的拓扑结构,以及电压型、电流型、多重型和级联型变流器的电路形式和应用特点,提出了适用于三/单相平衡变换的牵引供电系统的有源滤波器方案.较为全面地考察了现有的有源滤波器指令电流(电压)的生成方法,对它们的特点和适用场合进行了评估.提出了一种从畸变和不对称的电源电压中提取基波正序电压的快捷方法,基于这种方法构造了适用于三/单相平衡变换的指令电流的生成策略,能够满足正序无功电流、负序电流和谐波电流综合补偿的要求.分析了三相和单相电压型有源滤波器系统的拓扑结构,提出了系统的等效电路,揭示了变流器各桥臂之间的关联性和相对独立性;建立了三相滤波器电流边带控制的矢量模型.利用该模型分析了电流滞环控制方法的实质及存在的问题,并提出了基于状态优化的矢量控制方法,解决了变流器各桥臂之间的关联问题.该方法提高了桥臂动作的效率,具有控制精度高、开关频率低的特点,并避免了桥臂上过窄脉冲的产生.通过分析三/单相平衡变换系统的电压、电流和能量关系,找到了系统各参数之间的关系式,提出了有源滤波器主电路参数设计的两种方法.分别利用仿真软件和实验手段模拟了该文提出的三/单相平衡变换系统,所得到的仿真和实验结果证实了系统结构、控制策略及参数计算方法的正确性和可行性.