一种柔性中压直流铁路供电系统的分层控制方法，包括：获取本地牵引变电所和与其通信连接的牵引变电所的输出电压和输出功率标幺值，通过离散时间动态一致性算法获得系统中所有牵引变电所输出电压平均值与输出功率标幺值的平均值；计算输出电压的功率分配补偿项和电压偏差补偿项；利用功率分配补偿项和电压偏差补偿项以及下垂控制得到本地牵引变电所的输出电压参考值；将输出电压参考值输入到双闭环控制。本发明可以使柔性中压直流铁路供电系统中各牵引变电所实现输出电压稳定在其参考值进而控制系统中所有牵引变电所输出电压的平均值稳定在系统额定电压值并且实现各个牵引变电所根据其额定容量按比例分担负载功率。