城轨交通广泛采用直流牵引供电系统,其轨道电位与杂散电流问题日益凸显,严重威胁着城轨交通的安全运行与埋地金属管线寿命。现有的轨道电位与杂散电流研究以数学建模及仿真分析为主,无法为硬件治理措施提供验证。轨道电位与杂散电流硬件治理措施在实际线路中试验存在着较高的安全隐患,而硬件动态模拟系统（简称为动模系统）以其不受空间时间的约束、灵活模拟列车动态移动、再现直流牵引供电系统的动态轨道电位等优点,成为新型治理措施投运前必要的测试平台而备受关注。因此,本文围绕直流牵引供电系统的轨道电位硬件动模系统拓扑及其控制策略进行研究。首先,本文分析了现有的回流参数分布理论、仿真软件及轨道电位硬件模拟系统的优缺点,在直流牵引供电系统的建模和等效电路模型基础上,将分布参数的回流系统转换为集中参数的回流系统。同时本文推导了考虑有限边界边缘效应的回流参数分布规律,为考虑再生制动装置的轨道电位硬件动模系统（CB-RPE）提供了理论基础。其次,本文针对低阻模块（LRM）与高阻模块（HRM）的拓扑、工作原理及控制策略展开了详细的研究。在此基础上,构建了包括列车、牵引变电所、牵引网、制动电阻、LRM和HRM的轨道电位硬件动模系统。并对该系统的参数设计和控制策略等进行研究,为实验平台的搭建提供理论基础。最后,本文对上述动模系统中各个组成部分进行了仿真与实验验证,搭建了对应的实验平台,实现了列车多工况下的轨道电位模拟。仿真与实验结果验证了考虑制动装置的轨道电位动模系统的正确性与可行性。