在城市轨道交通系统中,长期以来一直存在轨道电位和杂散电流问题。杂散电流会腐蚀地下金属和建筑结构,造成经济损失。轨道电位过高会影响牵引供电系统中设备的正常运行,甚至危及人身安全。为了治理轨道电位和杂散电流问题,发展出众多方法,已经在实际系统中应用的有第四轨回流方式和杂散电流专用排流网,处于理论研究阶段的有附加直流Booster装置和工频单相交流牵引供电系统。这些方法对现有系统和车辆进行较多改造,并且成本较高,结构复杂,在治理轨道电位和杂散电流方面存在局限性。为此,本文提出了一种负阻变换器牵引供电系统(negative resistance converter traction power supply system,NRC-TPSS),对其工作原理和控制方法等关键技术展开研究。首先对负阻变换器(negative resistance converter,NRC)进行研究。本文在分析NRC拓扑及其工作模态基础上,研究了NRC输出连续可调负电阻的工作原理,并提出了NRC的关键控制策略。此外,本文详细研究了NRC的损耗计算和分布特点,为主要电路元件的参数优化和器件选型提供了依据。NRC-TPSS是在传统牵引供电系统(conventional traction power supply system,C-TPSS)中加装NRC、开关单元和回流线缆组成的。本文接着在分析NRC-TPSS工作原理基础上,提出了单电容列车位置检测方案,能够正确检测判断列车的位置和运行工况,并依据判断结果控制NRC的工作模态和开关单元的通断状态。此外,本文建立了C-TPSS和四区段NRC-TPSS的模型,在系统直接接地和浮地时,分别分析了轨道电位和杂散电流的分布情况,通过对比分布曲线验证了NRC-TPSS在降低轨道电位和杂散电流方面的有效性。在实验验证环节,本文搭建了NRC-TPSS的仿真模型,仿真结果表明NRC输出电阻的精度高,NRC-TPSS的轨道电位和杂散电流治理效果与理论分析一致;同时根据开关单元触发信号和NRC输出电阻的仿真波形验证了单电容列车位置检测方案的有效性。为进一步验证本文理论和仿真分析的正确性,搭建了小功率实验样机,实验结果与理论和仿真结果一致,验证了NRC-TPSS在治理轨道电位和杂散电流方面具有良好的应用前景。