城市轨道交通多端口双向能源路由器及其关键技术

苏亮亮，荣智林，陈 涛，周振邦，罗文广，刘华东

（中车株洲电力机车研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

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能源互联网是能源技术与互联网信息技术相结合的产物，其能提高可再生能源渗透率，实现多能源互补和新能源高效利用，助力能源系统的绿色变革，从而逐步减小人类对化石能源的依赖[1-2]。能源路由器为能源互联网技术在城市轨道交通（简称“城轨”）供电系统中的应用探索，许多国内外学者对能源路由器进行了深入研究。2010年，美国北卡罗来纳州立大学FREEDM系统中心研究人员提出了第一代二电平固态变压器（solid state transformer，SST）结构，其输入侧为单相7.2 kV中压交流配电网，输出侧为单相AC 240 V、AC 120 V及DC 400 V；近期，该中心又推出了高压15 kV第二代SiC SST，使系统体积大幅度缩小[3-4]。2011年，欧洲UNIFLEX-PM项目组提出一种背靠背多电平变流器拓扑，其输入为单相AC 3.3 kV，输出为单相AC 3.3 kV和AC 415 V[5]。2014年，瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）为智能电网设计了一种1 MVA固态变压器，其整流和DC-DC环节均采用NPC三电平结构，输出为DC 400 V，开关频率为20 kHz，提高了输入侧的耐压值，减少了模块数量[6]。

城轨本身已具有成熟的电力配套技术，但是针对城轨供电系统能源路由器的研究文献较少，且大多数停留在方案设计和仿真阶段，与实际应用还有一定距离[7]。本文提出一种连接交流供电网、牵引直流供电网、动力照明配电网以及新能源发电和储能系统的多端口双向能源路由器设计方案，其通过双向高频化技术实现各个端口互联，在保证效率的前提下实现装置的减重和体积的缩小，提升了系统的功率密度，便于实现对既有站房的改造和新线的集成。……