随着电气化铁路不断向高速、重载方向发展,电能质量和电分相问题已成为电气化铁路亟需解决的两大难题。同相供电技术是这两个难题的理想解决方案。现有的同相供电系统方案存在有源补偿装置容量大、成本高等问题,限制了同相供电系统的推广应用。因此,降低有源补偿装置容量对同相供电技术的发展具有重要意义。本文首先总结了传统电气化铁路牵引供电系统存在的主要问题及同相供电系统的研究现状。概括了同相供电系统的实现方式及系统结构。根据实测牵引负荷数据,对牵引负荷特性进行分析,为混合补偿装置的容量分析与设计提供数据及理论支撑。其次,分别阐述了新构建V/v接线变压器在无源补偿和有源补偿方式下的系统结构和补偿原理,建立了有源补偿容量模型,并与两种典型同相供电系统方案的有源补偿装置容量进行对比分析。针对只采用有源补偿装置时有源补偿容量大的问题,结合了有源补偿和无源补偿的优势,提出一种基于混合补偿的同相供电系统,通过增加无源设备有效减小有源设备容量、降低成本,并且提高了系统可靠性。在此基础上,对无源补偿装置与有源补偿装置容量进行合理配置,给出了无源补偿装置晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管投切电容器(TSC)的投切策略,建立了完全补偿下的混合补偿模型,通过分析有源补偿装置两变流器VSC1和VSC2的补偿电流随无源补偿装置TCR和TSC补偿电流、功率因数、负载电流的变化情况,完成每组TCR电感值和TSC电容值及VSC1和VSC2补偿容量设计。结果表明,相对于有源补偿,混合补偿可使有源补偿容量基本降低一半。为进一步减小有源补偿容量,通过分析电能质量指标优化补偿原理,建立了有源补偿容量优化模型,并采用粒子群优化算法对优化模型进行寻优计算,优化补偿后可进一步降低有源补偿容量。最后,针对传统i_p-i_q参考电流检测方法不能有效滤除二倍频的问题,提出一种通过构造一个滞后负载电流90°的电流信号来解决该二倍频的改进型i_p-i_q参考电流检测方法,仿真验证了改进方法可有效提高电流检测精度和响应速度。同时,根据建立的混合补偿模型和有源补偿容量优化模型,给出混合补偿协同控制策略和有源补偿容量优化控制策略,并通过算例仿真验证了混合补偿模型、有源补偿容量优化模型、混合补偿协同控制策略和有源补偿容量优化控制策略的正确性及有效性,结果表明,混合补偿系统具有良好的补偿效果和动态响应能力,通过混合补偿有效降低了有源补偿装置容量,优化补偿后在满足国标要求的同时进一步降低了有源补偿装置容量。