随着我国高速铁路的快速发展,我国正在从铁路大国向铁路强国迈进。而高速列车均采用再生制动的制动方式,每年有大量再生制动能量产生,并且没有得到充分利用,造成了极大浪费。因此如何充分利用高铁的再生制动能量,是铁路部门快速发展过程中急需解决的问题。为此,本文研究了一套基于再生制动能量利用的高铁车站自用电系统,将再生制动能量从27.5k V牵引网传送至高铁车站,供站内各类用电设备使用。此方案不仅可以充分利用再生制动能量,还可以减少高铁车站每年向主网所缴纳的电费,达到铁路部门节能、经济运行的目的。本文首先针对目前再生制动能量无法充分利用及高铁车站用电受限的问题,提出一种基于再生制动能量利用的“能馈+储能”型高速铁路车站自用电系统结构,基于此结构进一步对能馈系统中的交直交变流器进行对比分析,并研究了储能系统中的储能装置与DC/DC变换器,完成了再生制动能量回收系统结构设计。本文进一步研究了再生制动能量利用系统中的“单相-三相”交直交变流器,分析了单相并联整流器和三相逆变器的电路工作状态和数学模型,设计了单相并联整流器和三相逆变器的调制策略和控制策略,设计了系统直流侧与交流侧的滤波电路参数。最后通过Matlab/Simulink对单相并联整流器和三相逆变器及其调制与控制策略进行仿真验证,仿真结果验证了本文设计的调制策略、控制策略和相应电路参数的正确性。为了完善再生制动能量利用系统的结构,本文研究了带超级电容组储能的DC/DC变换器,并提出一种防超级电容过充过放的DC/DC变换器控制策略。并设计了一种适用于高铁车站的再生制动能量回收系统的能量管理策略。最后通过仿真验证了系统在再生制动功率恒定时和再生制动功率瞬时变化时两种工况下的稳定性,理论上验证了系统设计的正确性。本文最后针对前文设计的再生制动能量回收系统中能量管理策略存在的不足,提出了一种基于粒子群算法的车站自用电系统能量管理优化策略。研究了高铁车站的经济性和舒适性两个目标函数,采用粒子群算法作为能量优化策略的核心算法,优化高铁车站自用电系统内各子系统的出力情况。最后通过Matlab/Simulink搭建仿真系统,仿真结果表明,所提出的能量管理优化策略能够充分利用再生制动能量,并维持站内舒适。