随着我国电气化铁路的快速发展,装用大功率电力电子变换器的“交-直-交”型电力机车、和谐号、复兴号系列动车组（下文统称“牵引负载”）被高密度投入运用,牵引供电系统与牵引负载形成的电气耦合系统成为一个典型的单相电力电子化系统;电力电子变换器具有较强的非线性特性,其与牵引供电系统间存在较为复杂的交互关系,给车网电气耦合系统的安全稳定运行带来了新挑战。大型枢纽地区发生的牵引负载特征谐波频率与谐振频率不一致的现象,现有谐振分析结论无法合理解释;低频振荡电压在牵引负载中的传播途径尚不明确;牵引负载电能质量监测手段功能单一,缺乏上述事故的有效辨识能力;本文对车网系统典型过电压问题进行深入的理论研究。针对车网系统典型过电压问题,从现象描述、模态分析、机理分析、抑制方法等方面开展国内外研究现状综述;通过搭建牵引供电系统、牵引负载数学模型,推导了车网谐波过电压、间谐波过电压机理,分析其影响因素;在此基础上搭建车网联合仿真模型,实现了车网系统典型谐波、间谐波过电压现象的仿真再现。针对大型枢纽出现的谐波过电压现象,详细推导了大型枢纽地区的牵引供电系统的整体阻抗参数,明确了供电系统的谐振频率分布;并针对牵引负载的不同工况推导了该相关牵引负载的谐波特征;揭示了大型枢纽的车网谐波谐振机理;证实了部分动力工况下牵引负载的特征谐波是造成谐振的关键。针对车网系统间谐波过电压问题,完整推导间谐波在牵引传动系统“整流器→逆变器→电机”的传播机理,通过对电机定子电流、转子电角速度动态相量的求解,实现了间谐波在电磁、机械应力场下的解耦分析;明确了网侧的间谐波过电压将引发牵引电机输出机械转矩的周期性波动。考虑牵引网过电压环境,结合牵引负载故障特征,提出了增加直流电压反馈作为辅助整流器PWM开通的条件的充电控制逻辑优化策略,实现了牵引负载负荷特性的优化;从而保证恶劣供电环境下牵引负载的正常运行能力。对比分析国内外谐波标准及各型动车组技术条件,给出了电动车组谐波限值的选取建议;针对电气化铁路典型过电压现象,提出基于相关电气量轮廓特征的过电压预警方法,结合故障种类的识别给出了故障导向安全设计;并在此基础上从外部供电、主要技术参数、技术要求、系统组成、详细功能方面研究了车载电能质量管理系统的技术条件和功能规范。