随着高速重载电气化铁路的发展,交直交型动车组或大功率机车（统称为交直交机车）大量投入使用后,牵引供电系统和交直交机车所构成的系统（车-网耦合系统）会出现高次谐波谐振和高频、低频振荡现象（后两者又分别称为谐振不稳定和网压低频振荡）,表现形式依次为变电所馈线电压和电流高次谐波被放大、高次谐波被持续不断放大,以及幅值低频振荡,这些都会造成牵引网电压有效值升高,对牵引变电所和机车设备造成一定危害。针对车-网耦合系统这些电气特性,分析的准确性和有效性依赖于系统模型的准确性和适用性。而车网耦合系统本身具有复杂性和特殊性,表现在:（a）自耦变压器（Autotransfomer,AT）牵引供电系统结构复杂,具有多导体和不对称特性;（b）交直交机车型号多样化,且网侧单相四象限脉冲整流器因为PWM调制会产生丰富的高次特征谐波;（c）机车运行时,其接入牵引供电系统的位置是动态变化的。因此,研究不同运行条件下的电气化铁路车-网耦合系统暂态数学模型,研究系统振荡机理和抑制方法,是提高高速重载电气化铁路安全稳定运行的重要课题。本文针对高速重载电气化铁路车-网耦合系统,在全并联AT牵引供电系统暂态建模、机车接入后的系统暂态模型和振荡特性与抑制方面,开展了研究工作,在模型、机理和抑制方法上取得了创新性成果并获得了重要结论。主要研究工作如下:（1）根据高速重载电气化铁路全并联AT牵引供电系统的结构和多导体特性,建立了包含牵引变电所—AT牵引网的模块化等值电路;以牵引网切面节点电压、导体传输电流、AT电流为状态变量,推导了子模块微分方程;根据变电所至分区所线路结构及运行特性,依序组合子模块,可建立全并联AT牵引供电系统状态空间模型;分析了带负荷下牵引网稳态电压分布特性、牵引网导体短路和断线故障时的电磁暂态,验证了模型的正确性和有效性。全并联AT牵引供电系统模块化的建模方法简化了因负荷移动或故障点位置变化导致牵引供电系统拓扑结构变化的模型建立。（2）提出了改进的动态相量模型建立方法,该方法通过单相电路旋转坐标变换,使用相量幅值和相角为变量建立系统动态元件的微分方程,实现方程的时不变性,针对交直交机车网侧单相变流器静止坐标系下控制策略,在电压外环、电流内环和控制器延时环节建模中,实现模型的准确性;建立了基于动态相量理论的含牵引变电所—AT牵引网的牵引供电系统小信号数学模型,以及单相静止坐标系下控制的机车网侧单相整流器小信号数学模型。（3）基于全并联AT牵引供电系统状态方程和机车诺顿谐波等效模型,建立了车-网无源耦合系统状态空间模型,并提出了高速电气化铁路谐波谐振的特征值分析。通过计算状态矩阵特征值以及判断主导振荡模式,能准确识别无源LC系统固有谐振频率;通过谐振模式的模态特性,分析了牵引网节点电压对谐波谐振模式的可观测性;最后,分析了系统各变压器参数和牵引网长度对谐波谐振频率的影响、以及机车运行位置对谐振模态的影响。（4）基于含牵引变电所—AT牵引网的牵引供电系统和机车网侧单相变流器小信号数学模型,建立了考虑交直交机车移动接入下的车-网耦合系统小信号数学模型。采用了模块化的建模方法,可根据机车运行位置,依序组合AT牵引供电系统子模块模型和机车网侧变流器模型,即使网络拓扑结构随机车移动而改变,也能较容易地更新系统模型,并准确反映牵引供电系统实时固有频率特性。揭示了机车网侧变流器与牵引供电系统动态相互作用导致谐振不稳定的高频振荡产生机理,以及揭示了主导高频振荡的状态变量;分析了控制器参数、采样频率、机车位置对谐振不稳定的影响规律;通过分析模态,研究了牵引网沿线节点电压对高频振荡模式的可观测性大小。提出了基于含储能装置的铁路功率调节器的谐振阻尼和负序、谐波及无功电流补偿综合控制策略,能有效抑制系统谐振不稳定并平衡电网侧三相电流。最后,通过非线性时域仿真和实测波形验证了理论分析的正确性。（5）基于牵引供电系统戴维南等效电路和机车网侧变流器小信号数学模型,建立了多车升弓整备时车-网耦合系统小信号数学模型,采用特征值法分析了多车接入牵引供电系统的低频稳定性问题。通过模态特性分析,揭示了系统两种低频振荡的产生机理,机车网侧变流器与牵引供电系统动态相互作用,以及机车网侧变流器之间的动态相互作用,理论分析了两种模式都能可能导致系统低频不稳定;阐明了升弓机车数量增加引起低频振荡的本质等同于单组变流器接入电网且电网强度减弱后的系统不稳定本质;揭示了主导低频振荡模式的状态变量;分析了控制器参数、采样频率、直流侧电容和网侧阻抗对两种低频振荡模式的影响规律。最后,通过非线性时域仿真及旋转不变技术参数估计方法（ESPRIT）的模式辨识,验证了理论分析的正确性。