川藏铁路作为西藏自治区对外运输的主通道,对我国来说具有重大的国防意义和战略意义。川藏沿线“跨七江穿八山、六起六伏”,气候恶劣多变,面临电网条件极端薄弱,是世界上最艰难的工程之一。面对连续长大坡道,机车制动返送回牵引网极为丰富的再生制动能量将带来诸如电能质量下降、潮流冲击、能量浪费等一系列问题,加剧了川藏线牵引供电系统设计难度。因此,研究适用于川藏线薄弱电气化铁路再生制动能量利用方案有着重要的现实意义和社会价值。首先,在考虑川藏地区特殊条件下对再生制动能量进行了细致地研究与仿真。在高原高寒环境轮轨粘着对牵引计算影响很大,为更准确地描述川藏线再生能特性并提升铁路运输安全性,基于传统牵引计算理论基础将轮轨粘着理论与牵引计算理论相结合,计算步骤主要包括轮轨粘着系数模型建立、牵引/制动特性曲线修正、牵引质量修正。结合川藏线相关设计参数,利用所提出的方法在干轨、湿轨、冰轨三种条件下对川藏铁路进行牵引负荷仿真,结果表明干轨条件下机车的牵引质量最大,达到2500吨;单行机车产生的再生制动能量极大,最大功率达16MW;返送回牵引变电所的再生能量冲击性强,能量大,呈现功率型兼能量型特点。其次,基于上述再生能特性,结合川藏铁路实际需求提出一种基于铁路功率调节器（Railway Power Controller,简称RPC）的混合储能方案。为实现两供电臂能量流通和电能质量提升,研究了RPC优化控制策略,在分析负序、谐波补偿方法的基础上提出RPC优化补偿控制方法。为实现功率型、能量型储能介质技术特性互补,研究了混合储能控制策略,在考虑蓄电池“浅充浅放”前提下基于滑动平均值滤波理论完成兼具能量型、功率型特点的限幅功率动态调整内部协调控制策略设计。在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,结果表明该方案在实现再生制动能量回收利用的同时提升了电能质量,从而验证了基于RPC架构的混合储能系统应用于铁路大功率再生能场景的可行性。最后,基于负荷仿真数据完成了川藏铁路混合储能系统参数配置与运行优化。基于全寿命周期理论以日投资最小为目标建立了混合储能优化配置模型,考虑负荷冲击对储能介质运行寿命会产生影响,分别基于疲劳累计损伤理论、循环寿命损耗理论将蓄电池、超级电容运行寿命量化为折旧系数。基于粒子群优化算法求解在单储能场景和混合储能场景下各参数配置结果,并在配置容量、配置功率、运行寿命、运行性能、投资收益等多方面综合分析混合储能系统相较于单储能应用场景下可实现超级电容和蓄电池技术配合,达到经济优化和运行优化双重目的。