近年来电气化铁路运输系统发展迅猛,列车的运行速度和发车密度都迅速提升。为电气化铁路提供牵引动力的电力机车将产生大量的单相负序制动能量,并普遍采用再生制动方式将其转化成电能返回电网,这部分电能将影响公用电网的电能质量。因此,铁路部门将被电力部门以“反送正计”的方式收取大量费用,进而影响了铁路部门的高效经济运行。本文研究了一套基于模块化多电平换流器(MMC)技术的再生制动能量回收装置,该装置可高效稳定地将铁路27.5k V接触网上存在的再生制动能量回收至铁路10k V电力供电网络。首先分析了耗散型、储能型和回馈型三种既有的再生制动能量回收技术,并详细介绍了三种回收利用技术的工作原理,并在可行性和技术成本方面进行了对比分析。结果表明回馈型中的独立站点回馈型制动能量回收技术具有发展前景,能良好地利用再生制动能量。由此,可在独立站点回馈型制动能量回收装置的基础上,研究一套更加高效稳定的回收装置。然后介绍了MMC的电路拓扑结构及其工作原理、MMC桥臂调制策略和子模块电容电压控制策略。对基于MMC的再生制动能量回收装置的电路拓扑结构,以及其工作原理做了详细研究,并对其主电路参数进行设计。然后介绍了制动能量回收装置整流器的工作原理,以及两种整流器控制策略。最后,通过仿真验证了CPS-PWM调制策略、子模块电容电压控制策略和整流器控制策略的正确性,以及装置主电路的稳定性。最后研究了在不同工况下制动能量回收装置的并网要求,以及并网时电网接口需求。然后,在分析虚拟同步机“Sychronverter”控制模型及原理基础上,重点研究了基于该控制方法的再生制动能量回收装置逆变环节预同步及并网控制方式,并用仿真验证其可行性。