电气化铁路的单相工频交流供电制式和牵引负荷大功率、不对称特点,造成了以负序为主的电能质量问题、机车过分相问题和再生制动能量回馈利用等问题,影响了电气化铁路的安全、可靠和高效运行。采用对称补偿理论的同相供电技术可以很好地解决负序问题和电分相问题。因此,本文基于同相牵引供电系统,结合储能装置的充放电特性,开展储能式同相供电系统的研究,以达到综合电能质量治理,再生制动能量高效利用和系统容量优化配置的目的,主要研究内容如下:基于单相组合式同相供电技术,结合超级电容储能的快速充放电特性,研究了一种储能式同相供电系统。以负序国标限值为约束,以再生制动能量回馈利用和系统容量优化配置为目的,分析了系统的再生制动能量控制工作模式、削峰放电工作模式和填谷充电工作模式,推导了各工作模式下同相供电装置和储能装置端口的补偿功率计算公式,给出了系统工作模式切换阈值的求取方法,并以实测数据分析验证了系统良好的技术经济性。研究了适用于储能式同相供电系统在各工作模式下的控制方法。提出了一种上层补偿功率计算,下层变换器控制的的系统协调控制策略,来完成系统在各工作模式之间的有效切换。其中上层控制包含负荷检测和工作模式判断;下层控制包含同相供电装置控制和储能装置控制,并引入了预测电流控制,使得系统具有更好的动态特性。基于MATLAB/Simulink仿真平台,结合系统协调控制策略,搭建了储能式同相供电系统的仿真模型,模拟分析了不同工作模式和不同工况下的系统运行特性,在满足负序国标限值的条件下,实现了再生制动能量回馈利用和牵引负荷削峰,达到了预期的补偿效果和良好的工作特性,为储能式同相供电系统的工程应用提供了技术支撑。