我国电气化铁路采用25kV单相工频交流供电制式,同时电力机车又为典型的整流负载,因此电气化铁路运行给电力系统带来三相不平衡、电压波动、谐波电流和低功率因数等电能质量问题,虽然目前已采取了相关治理措施,但功能单一、效果有限。本文根据平衡牵引变电所的负荷特点,全面分析了在该供电方式下,牵引负荷造成的电力系统三相不平衡和电压波动,得出实现平衡供电的条件,从而本文提出一种基于平衡牵引变压器的电能质量调节器,提供了一种综合解决上述电气化铁路电能质量问题的技术方案。本文介绍了电能质量调节器的主电路结构和工作原理；分析了包括负载、电能质量调节器和牵引变压器在内的系统电压、电流及功率关系；然后分析了在考虑无功负序补偿度的条件下,调节器综合补偿数学模型。通过建立调节器的稳态物理模型,分析装置稳态运行情况,提出调节器的两侧变流器分别采用定直流电压和定有功功率的控制策略,给出了装置的直流电容和连接电抗器的设计方法,为了提高装置的响应速度和克服两态滞环调制的缺陷,本文应用三态滞环开关调制算法,用来减小调节器开关频率和输出谐波电流。重点分析了三态滞环的工作原理和开关状态转移逻辑。基于牵引变电所的电能质量实测数据和本文提出的参数设计方法,利用电磁暂态仿真平台EMTDC/PSCAD,对调节器的控制策略和调制算法进行了仿真研究。开发了低压实验模型,分别在纯电阻负载、二极管整流负载情况下对调节器进行了有功转移和无功及谐波补偿的实验,仿真和实验结果证明了控制策略和调制算法的正确性和可行性。