高速铁路电力机车作为一种特殊的负载,引起负序、谐波等严重的电能质量问题。负序与谐波不仅危害电力设备的正常运行、增加损耗,甚至可能引发电力事故,严重威胁到牵引供电系统本身及上级电力系统的安全和经济运行。因此,必须采取切实有效的电能质量治理措施,对负序与谐波进行集中治理,提升高速铁路牵引供电系统的安全性与稳定性。本文主要研究了高速铁路负序与谐波综合补偿装置的拓扑结构、负序与谐波检测方法及铁路功率调节器控制方法、补偿装置参数设计方法,并研制了样机及其数字控制系统,进行了实验验证。这些理论和实践工作将为高速铁路负序与谐波综合补偿技术提供理论基础和工程设计参考。负序与谐波综合补偿装置的拓扑结构关系到补偿性能的好坏。本文在分析国内外各种补偿装置拓扑结构的基础上,重点对两种补偿优势较大的拓扑结构,即铁路功率调节器(RPC)和注入式混合型有源电力滤波器与静止无功补偿器联合系统,进行了比较研究。分析了它们的结构特点,建立其数学模型,探讨了它们各自的补偿性能及其特点,并搭建仿真模型,进行了仿真验证。通过比较研究,选择性能更优的铁路功率调节器作为高速铁路综合补偿装置。接着对铁路功率调节器在采用三相V／v牵引变压器下的牵引供电系统下的负序与谐波补偿参考电流检测方法进行了研究。在分析以往的单相谐波与无功检测方法的基础上,从瞬时功率的角度出发,提出了铁路功率调节器的负序与谐波补偿参考电流实时检测方法。同时,对铁路功率调节器的控制方法进行了研究。为保证铁路功率调节器直流侧电压的稳定,采用了直流侧电压闭环控制,直流侧电压控制器的输出转化为交流有功电流量,叠加到负序与谐波补偿参考电流形成铁路功率调节器的两个变流器的输出参考电流指令,对两个变流器的电流跟踪采取滞环控制方法,实现了直流侧电压稳定控制和负序与谐波补偿电流跟踪双重控制目标。为使铁路功率调节器具有较佳的工作性能,本文进行了元件参数优化设计研究,对铁路功率调节器的降压变压器变比及容量设计、交流侧电感参数设计、直流侧电容设计进行了探讨。并研制了RPC实验样机,研制了基于DSP28335的铁路功率调节器数字控制系统,包括控制器硬件部分的设计和软件部分设计。利用实验样机进行了实验,实验结果验证了所提出的RPC检测和控制方法的有效性。