随着电力电子技术以及控制技术的发展,以高速、重载为代表的电气化铁路获得到了快速发展。由于电气化铁路列车牵引负荷属于单相非对称性负荷,在接入电力系统运行后,会给公用电网带来负序和谐波污染等电能质量问题。当列车再生制动时,会将绝大多数制动能量送到电力系统,为此电力部门对反送的制动能量采取"反送正计"的收费方式,不利于铁路部门的高效经济运行。因此,本文研究了一种采用交-直-交变流装置将27.5kV牵引供电网的再生制动能量返送到铁路10kV供电系统的回收利用方案,着重研究大功率应用场合的能量回馈系统,并保证该能量回馈系统稳定、可靠运行。首先分析了能耗型、储能型、能馈型等多种再生制动能量回收技术,详细分析了几种回收利用方式的工作原理,并从各种技术指标上将它们进行了对比。对比结果表明,本文所研究的交-直-交变流装置将制动能量由牵引网返送回铁路10kV供电系统加以利用是一种合理、优越的能量回收技术。其次研究了独立站点型回馈装置控制系统的工作原理,分析了系统各个单元的工作原理。根据牵引到再生制动过程中接触网上电压电流相位变化的特点,选取了合适的相位测量法。结合并网电流的特点,分析了一种限制并网电流峰值与有效值的控制算法。从功率因数校正、直流侧电压纹波大小以及动态响应速度等性能指标对比了瞬态直接电流控制与预测直接电流控制的单相脉冲整流器的控制策略,并通过仿真对比分析了这些性能指标,确定了合适的整流器控制策略。最后分析了级联三相桥能量回馈系统的原理,并通过仿真验证了理论分析的正确性。然后针对能量回馈系统的并网控制策略进行了研究。首先分析了能量回馈系统中并网逆变器的等效数学模型,并针对等效数学模型中的相关参数进行了推导。接着具体分析了带有LCL滤波器的能量回馈系统的并网控制策略,分别研究了电流内环与电压外环的相关控制策略,并根据系统传递函数的根轨迹曲线证明了系统稳定性。最后通过仿真对上述原理分析进行验证,仿真结果表明了系统控制的可行性。最后对具有有源滤波功能的能量回馈系统进行了相关分析。研究了在没有再生制动能量产生时,使能量回馈系统具备谐波补偿的功能的可行性。并基于级联三相桥拓扑结构,研究了有源电力滤波器的相关控制策略,最终通过仿真验证了理论分析的正确性。