随着电力电子技术和控制技术的不断进步,以高速、重载为代表的电气化铁路得到了快速发展,列车的运行速度与发车密度也显著提升。列车在制动过程中优先采用再生制动,会产生大量再生制动能,由于这部分能量包含大量谐波以及负序分量,电力部门对这部分能量采取了惩罚性收费,增加了铁路部门的运营成本。因此本文提出一种采用RPC(Railway Power Conditioner,铁路功率调节器)与混合储能装置相结合的电气化铁路再生制动能量存储方案,着重对其控制策略以及混合储能装置容量配置问题进行研究,对提高电气化铁路再生制动能量利用率,降低铁路运营成本具有十分重要的意义。首先,研究电力机车的再生制动技术,分析再生制动能量来源,并针对耗能型、馈能型、储能型三种再生制动能量回收利用技术,分别就其工作原理、技术可行性以及能量利用率等方面的优劣性进行对比分析,根据对比分析结果,选择储能型能量利用方案,提出电气化铁路再生制动能量存储系统的拓扑结构。该系统主要由牵引供电系统、RPC、混合储能装置三部分组成。重点分析RPC的工作原理,在构建RPC等效数学模型的基础上,研究RPC对负序电流的补偿原理,然后分析几种双向DC-DC变换器的拓扑结构,并详细研究Buck/Boost电路的双向DC-DC变换器工作原理。其次,根据供电臂能量流动情况,分析牵引变电所两侧能量传输特性,并针对所提出的储能型RPC,分析其对负序及谐波电流的补偿原理,并在此基础上深入研究其控制策略。对于混合储能装置,采用低通滤波法将需要存储的参考功率分为高、低频,分别分配给超级电容与蓄电池,得到存储的参考电流,并以此为信号产生PWM波控制双向DC-DC变换器工作。在Simulink中搭建仿真模型对控制策略进行验证,发现所提出的控制策略不仅可以有效存储再生制动能,而且能明显改善负序与谐波等电能质量问题。最后,在混合储能装置容量优化配置研究方面,为实现经济性与容量配置的相统一,建立评估储能装置经济成本的容量优化配置模型。采用变分模态分解算法将需要存储的再生制动功率分解为一系列频率由低到高的模态分量,通过计算模态分量间的互信息熵而选取合理的频率分界点,将功率重构为低频和高频两部分,分别作为蓄电池与超级电容的存储功率,从而得到容量配置模型的经济成本。仿真结果表明,本文所提出的容量配置方案与其他容量配置方案得到结果相比更具经济性。