光伏接入电气化铁路牵引供电系统不仅有利于铁路绿色发展、推进轨道交通能源互联网建设,同时可促进光伏电能就近消纳、拓宽其去补贴的商用化市场,社会经济效益显著。但应用环境的特殊性(如分相供电、双重随机波动性、多车牵引/制动等)将迫使光伏在接入过程中受多方因素制约,目前对其运行特性及影响机理仍缺乏系统深入性研究,尤其是对不同光伏接入方案下的运行控制、系统适应性分析、方案对比优选、优化治理对策设计等内容的探讨。基于此,本文围绕上述问题展开了如下几点工作:(1)首先简析了光伏发电系统与牵引供电系统的工作原理。基于光伏系统建模原理,建立了包括光伏阵列工程模型、光伏发电最大功率点跟踪控制模型及适用于大规模长时间尺度的功率估算模型,并对各部分进行了仿真验证;基于牵引供电系统建模原理,逐一对其外部电源、牵引变压器、牵引网、牵引负荷等部分进行了建模及仿真验证。(2)分析了光伏发电系统三相接入方案及其适应性问题。先给出了三相接入方案下的系统拓扑并理论分析了系统运行特性,通过推导端口变压器有效组合形式、设计系统控制策略,建立了三相接入方案下的系统联合仿真模型,搭建了铁光互补实验平台,验证了方案的有效性;基于典型工况对系统适应性问题进行了初步仿真及实验分析,主要围绕光伏接入前后电能倒送、无功、负序、谐波等问题进行探讨,指出了现存运行难题并给出了相关应用建议。(3)针对三相接入方案的不足,对光伏发电系统背靠背接入方案及其适应性展开了研究。先给出了背靠背接入方案下的系统拓扑并理论分析了系统运行特性,在前期研究基础上优化了限辐电流动态修正的系统能量分配方法及多变流器协调控制策略,完善了背靠背接入方案下的系统联合仿真模型,通过算例分析对上述两种不同接入方案进行对比,指出背靠背接入方案更具普适性。基于此,又针对背靠背接入方案下的系统适应性问题进行深入探讨,重点围绕光伏接入后的负序、无功、牵引网网压稳定性、光伏电能消纳能力等问题进行了理论及仿真分析,以揭示其交互影响机理。(4)基于普适性更强的背靠背接入方案,给出了一种考虑电能质量综合补偿的复合优化控制方法,以应对光伏接入过程中电能质量无法有效改善、变流器容量利用率低、能源综合利用率不高的适应性问题。先基于综合补偿机理、系统运行特性,给出了控制系统结构;然后逐一建立了光伏发电系统综合能量分配策略,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等关键部分;最后依据不同场景从功率流分配、电能质量改善效果等方面进行了仿真验证及分析。相关研究结果能够进一步揭示并优化光伏发电系统运行状态,以保证系统安全稳定高效运行。