当前,铁路系统积极响应“坚决打好污染防治攻坚战”的口号,如何全面有效地节能减排降耗,尤其是降低牵引供电的能耗成为铁路建设中的一大要点。近些年,我国加大“川藏铁路”等一系列西部铁路线建设,大量的长大坡道使得电能质量治理的问题进一步突出,同时列车再生制动时会产生巨大的能量。铁路功率调节器（Railway Power Conditioner,RPC）可以有效地进行电能质量的治理。相较于传统电压源型换流器组成的RPC,采用模块化多电平变换器（Modular Multilevel Converter,MMC）构建的RPC具有结构简单、成本能耗较低、换流电能质量高等优势。针对西部地区富含光伏能源的优势,将光伏发电接入牵引供电系统,作为牵引供电系统中横向多源互补的重要一环,有助于推进铁路系统的节能减排以及光伏电能的就近消纳。结合铁路牵引供电系统的负序和谐波治理、以及考虑再生制动能量合理利用等问题,本文提出了适用于电气化铁路,基于MMC-RPC的光伏发电和储能系统及其控制策略。通过对两臂MMC-RPC进行控制,实现补偿牵引负荷所产生的负序和谐波电流的同时,就近消纳光伏能量,合理利用列车再生制动能量进行削峰填谷。本文主要工作如下:（1）进行了牵引供电系统下MMC-RPC的建模、控制和分析。首先介绍了牵引供电系统的基本结构,研究了模块化多电平变换器MMC和MMC-RPC的基本结构和工作原理,其次进一步研究了MMC-RPC治理牵引供电系统电能质量的控制方法,包括负序和谐波补偿电流的计算、MMC-RPC电压电流双环的控制方式和载波移相正弦脉宽调制策略,设计了主电路参数。最后使用MATLAB/Simulink搭建了MMC-RPC系统的仿真模型,通过电力机车分别在牵引、再生制动模式下的运行,验证了其在牵引供电系统中对于负序和谐波电流的具有良好的补偿效果。（2）分析了光伏发电的基本原理,包括光伏电池的等效模型、光伏电池输出的数学模型、光伏电池的输出特性等。随后分析了光伏发电中的最大功率点跟踪控制技术,在对比了多种方法后采用了导纳增量法,以Boost电路为基础进行最大功率点跟踪,搭建了光伏组件模型进行仿真实验并验证。接着,将光伏发电接入到MMC-RPC,即光伏组件通过DC/DC变换器与MMC-RPC的直流母线相连输出光伏电能,再通过MMC-RPC实现将光伏发电能量供给电力机车。通过仿真对比了光伏发电接入前后的系统运行结果,表明光伏接入MMC-RPC的系统依然具有良好的负序和谐波补偿能力,同时光伏能源作为牵引供电系统中的横向多源互补的重要一环,降低了牵引站的功耗,实现了对铁路系统供能的有力补充。（3）为进一步实现光能消纳,合理利用电力机车再生制动能量,起到削峰填谷的目的,本章提出了将储能和光伏一并接入MMC-RPC的供电方案,并分析了含光伏和储能的MMC-RPC工作原理。接着基于超级电容储能的荷电状态,对于其容量、充放电功率等进行了分析和计算,设计了在各种工况下,含光伏和储能的MMC-RPC系统的功率分配和能量管理方案。最后在MATLAB/Simulink上搭建模型进行仿真验证。在多种典型工况下,系统中牵引变电所、光伏、超级电容的运行状态满足该功率分配和能量管理方案的可行性,达到了消纳光能、削峰填谷的功能,在各个边界条件下超级电容的待机、放电、充电也均满足荷电功率和容量要求,同时系统依然具备良好的电能质量治理能力。