２ ４脉 波整流 ，回馈到直流牵 引网的能量无法被 吸收 会引起直 流 网压抬升 影响列车 的安 全稳定运行 且牵 引系统会 对交流 电 网产 生谐波 的影响 。基于 以上问题 ，本文提 出在直 流牵 引网 ￣ Ｕ ／ Ｊ Ｉ ］ 装再生制动 能量 回馈 装置 ，从而稳 定直流 网压 保证列车 安全稳定运行和 节省电能 。
一
巨
口
曰 日
口
图 ４ 能量 回馈 系统在直流 牵引网中运行 仿真模型 某一桥臂 出现短路故 障使得直流侧 电流直接流入 交流系统 ， 影 响交流侧正常 的工作 ，起到电气 隔离的作用 。整流 变压器
是采 用牵引整流 变压器 ，作用就 是最终将低压侧 的电压 、电 流变换到 中压交流 网侧从而完成能量 回馈的整个过程 。
作 为回馈装 置的核心 部分要满足功 率要求 ，同时还必须 满足
回馈 到交流 中压 网侧 的谐波含量要 求 。因此 ，作 为大功率 器 件 的二极 管钳 位式 （ Ｎ Ｐ Ｃ） 三电平逆变器可以满足上述要求 ， 相 比于两电平逆 变回馈其 更适合在 高压大容量 场合应用 。其 优点有耐压等级 更高 、输出效率更高 、谐波含量更少等 。
０
可实现度 可替代度
真实度
伴 随着世界范 围内的城 市化进程 ，行 车难 、乘车难 ，不 仅 成为市 民工作和生活 的一个突 出问题 ，而且 制约着城市 的
平 的再生能量 回馈系统模型 ，分析其工作原 理 ，建立数学模 型 ，设计控制策略 。 能馈 式逆变 回馈 装置是在直流 牵引网上列车 制动时产生 的制动能 量回馈到交 流中压网侧 ，既能 够实现能量 的循环利
安全稳 定运行 。伴 随着地铁 的发展 ，直流 牵引供电 系统在其
由ｌ ＧＢ Ｔ和 二极管组成 的二极管钳位式 三电平变流器 本 身的特点可知 其既可 以实 现逆变回馈能 量 ，也可 以实现整 流 向直流 网馈 入能量 ，实现 能量的双 向流 动 。因此 ，按照工 作
状态能量 回馈装置可以分为整流状态 、逆变状态和待机状态 。
回馈 状 态
能量 回馈装置启动 后 ，首先按照启动 时序闭合线路 上的
再生 制动 能 量 回馈装 置工 作原 理
再生制动能 量回馈装 置最核心的部 分就是能够 将直流侧 能量逆 变回馈到交 流侧的变 流器 选择在 原来的牵 引供电系
兰 ．
统中装设该能量 回馈装置 ， 其并联原理 图如 图 １ 所示 。 通过 变流装置将 能量 回馈 到集中式供 电的 中压 网侧 ，本 文以回馈 至中压 ３ ５ ｋ Ｖ 为例进行再 生能量 回馈 装置 的研 究 。
Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ＭＡ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｎ ｏ ｖ ． ２ ０ １ ６－ 中国科技信息 ２ ０ １ ６年第 ２ ２期
２ ０ １万 ～ ５ ０ ０万
ＤＯＩ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ２ ０ １ ６ ． ２ ２ ． ０ ２ ５
用 ，又可 以稳 定直流 网牵引电压 。因此 ，了解回馈装 置的工 作原理时 实现其回馈能量 的关键 ，从能 量流向分析其 工作过
程 ，如 图 ２所 示 。
经 济发展 。此外 ，道路上 汽车排放 的废气 、汽车 产生的噪声 等环境 污染问题也越来越引起人们的重视 。在这样的背景下 ， 地铁 作为城市轨 道交通 的最 佳代表在 缓解交通压 力中发挥着 越来越重要 的作 用 。 由于地铁 多穿行于 市区或者地下 隧道 ，电气 牵引线路的 走廊 空间有 限 ，不适合高 电压等级的 牵引系统 。且 车辆运行 密度大 ，运行 间距短 ，起动 、加速 、运行和制动 频繁等特 点 ， 因此 ，国内外城 市地铁均选 用直流供 电牵引方式 。通 常直接 从城市 电网取得 电能为地铁 车辆提供 电能 。而牵 引供电系统 作为地 铁的动力 来源 ，其可靠性 影响着整 个地铁交通 系统的
例如发车 密度较高时 ，有可能会使直流牵引网压过低 ，因为二 极管整流装置属于不可控整流 ，没有调节网压的能力 ，如果不
快速 切除一部分 的负载 ，网压会持 续下降到过低 的水平 。因
此 ，此时可以通过调节能量回馈装置的工作状态使其工作在整
流状态起到辅助整流器来维持直流网压在一个稳定的目标值 。 但是 ，出于长期的考虑 ，现阶段的城市轨道交通的整流机组的 容量能够完全满足现有列车发车密度 ，因此会控制能量 回馈装 置不工作在整流状态 ，本文也不会针对该状态做更多的分析 。
整流状 态
在正 常牵引状态下 ，中压 网络将能量通过 整流装置将能 量馈送到直流牵引网供机车正常的牵引运行 。在特殊情况下 ，
运 营过程 中也出现 了一系列的 问题 ，如地铁运 行中电力损 耗 过 大 、直流 牵引电压抬升过高 、交流侧谐波过大等尤为显著 。 地 铁列 车 在运 行 中电 力消 耗成 本 约 占整 个运 营成 本 的 ４ ０ ％ 以上 。因此 ，如何降低运营 中的 电力损耗对轨道 交通具 有 非常重要 的现实意 义 。当前 ，地铁 牵引供 电系统一般采用
本文依据二 极管钳位 式三电平逆 变电路 ，建立 基于三 电
一
图１ 能馈式再 生能量并 网运行原理 图
６ ７一
◇２ ０ １万 一 ５ ０ ０万
中 国 科 技 信 息２ ０ １ ６ 年 第２ ２ 期－ Ｃ Ｈ Ｉ Ｎ Ａ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｎ Ｏ Ｖ ２ ０ １ ６
图 ２ 回馈装置 能量流 向过程图
控制系统主要是 由信号处理器和驱动控制器组成 。信号处 理器是将主电路处传感器采集到的电压 、电流信号和输入的预 图 ３ 再生能量逆 变回馈总体结构 原理图 开关器 、断路器 、接触器等 ，使得其进入待机状态 。在待机的 过程中 ， 传感器等检测装置实时的检测交直流侧的电压 、 电流 ，