我国铁路牵引供电系统主要采用工频单相交流制式进行供电,其在运行时主要存在着以负序为主的电能质量问题、电分相问题以及再生制动能量利用问题,影响铁路的安全运行。同相供电系统的运用可以使得牵引供电系统负序问题得到有效解决,并且可以取消掉变电所出口处的电分相。因此,本文基于组合式同相供电系统,利用储能装置在再生制动能量利用上的优势,提出一种含混合储能的同相供电系统,并对其工作原理、控制策略等进行了深入研究。基于单三相组合式同相供电系统和超级电容-蓄电池混合储能装置,提出一种含混合储能的同相供电系统,对其拓扑结构及工作原理进行了分析。根据牵引负荷所处工况与大小,将系统划分为四种工作模式,研究了各个工作模式下系统的能量流动特性;以同相供电装置容量为约束,以系统三相不平衡度最小为目标,推导了系统各端口的参考功率;对混合储能功率分配方法进行了研究,提出一种变滤波常数的低通滤波功率分配法,实现对超级电容和蓄电池的功率分配。研究了同相供电装置和储能装置的控制算法,将无源控制控制运用到变流器控制中,建立了同相供电装置欧拉-拉格朗日数学模型,推导了其无源性控制方法。提出了两种直流侧电压控制方案,通过理论与仿真分析了不同方案对系统工作性能的影响。提出一种上层能量管理,下层变流器控制的协调控制策略,可以根据系统所处工作模式选择最优的直流电压控制方案,实现了良好的系统工作性能。基于MATLAB/Simulink仿真平台,搭建了含混合储能的同相供电系统模型,模拟分析了不同工况下的系统运行特性。仿真结果证明,系统能够对负序进行有效治理,实现对再生制动能量的回馈利用,且具有快速的功率响应和直流电压跟踪能力,证明了所提拓扑结构的可行性和控制策略的有效性,为系统的工程应用提供了技术支撑。