进入21世纪以来,轨道交通在世界各国蓬勃发展,尤其是中国铁路的发展十分迅速。高速、重载铁路的发展极大地改变着人们的时空观念,对人力资源流、物流、信息流、文化意识等方面产生重要影响。研究铁路相关技术对促进经济文化发展、促进人类进步具有重要意义电气化铁路牵引供电系统面临的主要问题包括电能质量问题、过电分相问题、经济运行问题等。为全面解决以上问题,需要在牵引供电系统中增加大量设备,不仅投资较大,系统的复杂性给也给系统可靠性带来了挑战。同相供电系统提供了综合解决以上问题的途径,受到广泛关注,本文以同相供电系统为核心,探讨了相关问题。基于不同牵引变压器类型,分析了基于无源对称补偿、有源对称补偿实现同相供电的方式,在此基础上首次提出了将无源对称补偿和有源补偿相结合的混合式同相供电系统结构,提出了基于新型AT供电方式的同相供电系统的总体结构。提出了同相供电的有源和混合式补偿控制策略,改进了适合于同相供电的无锁相环单相电流检测方法,通过仿真,验证了检测方法、系统结构和控制策略的正确性。分析了在不同变压器接线方式、不同补偿结构下的同相供电装置补偿容量。并以基于潮流控制器的Vv变压器同相供电系统为例,提出了基于电能质量满意优化的补偿容量设计方法和系统容量实时优化控制策略,基于实测数据进行了算例分析,表明采用满意优化补偿方式可显著减少系统补偿容量,提高系统经济性。最后,对实际同相供电系统的运行特性进行了分析。同相供电系统取消了电分相,实现了无功、负序的电能质量综合治理,显著提高了牵引变压器的利用率,同相供电系统效率转换效率较高,并有助于减少系统其他损耗、提高再生制动能量利用率。