随着我国高速铁路建设的重心持续向西部转移,部分线路建设中出现了下坡度超过-20‰甚至-30‰的连续长大下坡道,研究动车组通过长大下坡道区段的限速和制动方式对于指导司机安全、快速通过有重要的理论意义。动车组通过长大下坡道时再生制动时间长、制动力大,会向电网返送大量的再生制动能量,再生制动工况下谐波、负序等电能质量问题也会对电力系统带来严重的影响,因此有必要对这些问题进行分析和治理。铁路功率调节器(Railway power conditioner,RPC)和储能介质组成的新型RPC,能储存再生制动能量、抑制铁路负荷能量冲击,考虑储能介质充放电保护基础上研究能量管理和电能质量治理的协调控制策略,能充分利用RPC治理电能质量问题的能力和储能介质充电放电的能力,有重要的工程意义。本文针对CRH5型动车组分析动车组通过长大下坡道区段的限速和制动方式,再结合仿真分析动车组通过长大下坡道的电气特性;基于RPC和超级电容储能系统(Supercapacitor energy storage system,SC_ESS)组成的新型RPC(SC_RPC)研究高速铁路能量管理和电能质量治理协调控制策略以及储能介质容量配置方法,论文主要工作包括:(1)分析列车通过长大下坡道运行方式的研究现状,分析和归纳利用再生制动能量以及分析、治理高速铁路谐波、负序等电能质量问题的方法,讨论仿真研究牵引供电系统和高速列车电气特性的方法,阐述本文研究的重要意义。(2)根据牵引供电系统原理和电气参数计算、CRH5型动车组牵引传动系统结构和工作原理,在Matlab/Simulink中建立了包含6导体链式牵引网、V/x接线牵引变压器和自耦变压器(Autotransformer,AT)的牵引供电系统仿真模型,以及用电流源等效逆变器、牵引电机等中间直流环节负荷的CRH5型动车组整车模型,仿真分析牵引供电系统模型电压分布和动车组模型的电气特性,验证了所搭建仿真模型的正确性和准确性。分析动车组受力情况和CRH5型动车组制动系统工作原理。(3)研究动车组通过长大下坡道时的运行方式和电气特性。基于监控制动距离的计算,根据闭塞分区长度和列车追踪间隔时间的要求检算出CRH5型动车组通过坡度超过-27‰的坡道需要限速。结合限速结果、再生制动特性曲线以及空气制动方式,得出主空气制动控制系统正常时,动车组能以限速的速度恒速通过:坡度不超过-31‰的坡道能够以再生制动方式通过,坡度超过-31‰的坡道需要在拖轴上补充空气制动力,以电(再生)、空复合制动方式通过,备用空气制动下动车组只能周期性循环制动通过。根据兰新高速铁路某段线路实际坡道参数,通过仿真分析动车组通过长大下坡道时返送给牵引变电站的再生制动能量和带来的谐波、负序等电能质量问题。(4)基于SC_RPC系统,研究考虑超级电容荷电状态(State of charge,SOC)的高速铁路能量管理和电能质量治理协调控制策略,根据所提的协调控制策略研究超级电容储能系统容量配置方法。考虑超级电容荷电状态,提出能综合的利用再生制动能量和治理谐波、负序等电能质量问题的协调控制策略,所提出的协调控制策略还能实现削峰填谷和防止超级电容过充过放的保护,并研究SC_RPC变流器的控制方法。分别针对储能和削峰2个不同的目标研究配置超级电容储能系统容量的方法,并对实测负荷数据进行仿真验证。最后将SC_RPC接入第二章搭建的牵引供电系统和CRH5型动车组仿真模型中验证所提出的协调控制策略方法,结果表明所提出方法能有效储存和利用再生制动能量,兼顾削峰填谷,并且能有效治理谐波和负序等电能质量问题。