三电平地铁再生制动能量储能变流器研究

张喜茂，孙丛君

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地铁交通具有站间距小、载客量大、安全准时以及车辆启停频繁等特点，当车辆进行再生制动时，将产生较大的制动能量。早期，这部分能量反馈到直流电网，除了少量被邻近车辆吸收利用外，大部分能量直接被制动电阻以发热形式消耗，再生制动能量未被充分利用。为充分利用制动能量，目前比较成熟的方式是采用逆变回馈的方式将能量反送到中压交流电网二次利用。近年来，采用储能技术将再生制动能量存储并加以利用的方式越来越受到行业的关注[1]。

目前，再生制动能量存储主要有飞轮储能和超级电容储能2 种方式[2，3]。超级电容储能方式是一种以超级电容作为储能器件的再生能量利用装置。相比传统的电池储能，超级电容具有更快的响应速度和更长的使用寿命，特别适合于地铁再生能量的储存及频繁充电和放电。在地铁供电系统中，接入超级电容储能装置在实现再生能量利用的同时可稳定电网电压，减小列车启动时从交流电网吸取的峰值功率[4]。

大功率双向储能变流器普遍采用两电平拓扑结构，结构简单、维护方便、可靠性高，但其功率模块成本高、滤波电感体积大、运行噪声较大。本文提出一种以三电平双向DC/DC 变流子系统和超级电容储能子系统为核心的再生制动能量存储方案及三闭环控制策略，利用Matlab/ Simulink 搭建再生制动能量储能吸收系统模型，采用适当容量的超级电容储能装置回收车辆再生制动能量并高效利用，有效限制了牵引供电系统中的电压波动。……