近年来,为了满足经济、社会发展对交通运输的需求,我国电气化轨道技术得到了快速的发展。根据国家铁路“十三五”规划的要求:我国需要在全国建设纵横发达、连接全国各地区城际铁路、干线铁路和高速铁路;随着各个城市圈的发展,需要建设全面、高效率的城市轨道交通网络;“一带一路”战略提出:我国的铁路建设不但要满足国内轨道交通运输的基本要求,还要和世界各国的铁路网相衔接。综上所述,研究能够兼容不同供电制式的多流制电力机车（Multi-system Electric locomotive,MSEL）是我国接轨世界上其它地区电气化铁道,提高我国机车企业竞争力的必然之路。本文在国家自然科学基金项目“多流制电力机车牵引传动系统设备复用技术及其供电制式切换过程暂态特性研究（项目编号:51477044）”及中车大同电力机车有限公司、中车株洲电机有限公司横向课题提供的资助与支持下,针对MSEL牵引传动系统（Traction drive system,TDS）运行特性进行了全面的探索和研究。在此基础上,对MSEL-TDS运行于不同供电制式时存在的谐波谐振和稳定性问题开展较为深入研究工作,并提出了相应的优化控制策略。本论文主要完成的研究工作包括:（1）分析了MSEL-TDS在不同供电制式下的拓扑结构、设备复用方案、变流器控制方法,建立了典型MSEL-TDS的仿真模型;仿真分析了MSEL-TDS在交流供电制式、直流供电制式及供电制式切换过程的运行特性,验证了所建立MSEL-TDS模型参数和控制方法的有效性,并为对MSEL-TDS进行优化控制研究奠立了基础。（2）采用LCL型滤波器取代传统L型滤波器,对MSEL在交流供电制式下运行时注入交流牵引网的高次谐波电流进行了有效抑制,改善了机车负载谐波特性。但是考虑到机车设备安装空间受限,基于非正交解耦理论提出了一种集成滤波电抗器牵引变压器（Integrating filtering reactors traction transformer,IFRTT）技术方案,将滤波电抗器集成于牵引变压器中以降低滤波设备占用空间。理论分析了IFRTT的电磁特性,设计并建造了一台IFRTT小功率原理样机,搭建了相应的ANSYS的有限元模型,仿真验证了集成滤波电抗器绕组与变压器其它绕组的解耦特性;基于IFRTT的小功率原理样机开展了滤波特性的实验研究,验证了IFRTT的有效性。（3）提出了一种基于欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange,EL）方程的单相LCL变流器无源解耦控制方法,研究了单相LCL型变流器系统在d-q解耦坐标系下的无源性特性,并设计了相应无源解耦控制器。为了验证所提出单相LCL型网侧变流器控制方法的可行性,基于Matlab/Simulink和Star-sim半实物实时仿真平台建立了传统d-q解耦PI控制和无源解耦控制的单相LCL型变流器系统仿真模型,仿真和半实物实时仿真结果验证了该无源控制方法能够实现系统快速无静差的跟踪给定信号,具有很好的谐波、动静态性能和鲁棒性。（4）对直流供电制式下LC滤波器-DC/DC变流器-逆变器电机构成的MSEL级联牵引传动系统的稳定性进行了研究。推导了级联牵引传动系统各组成部件的输出和输入阻抗特性,基于阻抗比判据方法分析了LC滤波器-DC/DC变流器-逆变器电机构成的级联牵引系统的稳定性。提出了一种虚拟电容和输出电流前馈的DC/DC变流器控制方法,以改善直流供电制式下级联牵引传动系统的动态性能和稳定性。最后通过仿真和半实物实时仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。（5）提出了一种异步牵引电机无差拍预测电流控制方法,以消除传统电机控制由于采样环节和PWM调制环节造成的控制延时。为了降低牵引电机模型参数变化等扰动对无差拍预测电流控制器稳定性的影响,采用了延迟控制的方式对扰动进行前馈补偿。最后通过仿真和半实物实时仿真验证了所提改进无差拍预测电流控制方法能有效提升牵引电机系统的控制性能。