【摘 要】
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如今,“低碳发展”已成为全球经济发展的一种重要理念,推行低碳交通也成为了各个国家的战略选择。电气化铁路由于具有节能环保、经济便捷、运输能力强等优点,成为了低碳交通中的一种重要方式。因此,电气化铁路的诞生与成功,让世界重新审视铁路的价值。电气化铁路的负荷主要为电力机车牵引负荷,其具有单相性、非线性、随机波动性以及制动时会产生能量的特点,会给牵引供电系统带来复杂的电能质量问题和再生制动能量利用问题。传
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如今,“低碳发展”已成为全球经济发展的一种重要理念,推行低碳交通也成为了各个国家的战略选择。电气化铁路由于具有节能环保、经济便捷、运输能力强等优点,成为了低碳交通中的一种重要方式。因此,电气化铁路的诞生与成功,让世界重新审视铁路的价值。电气化铁路的负荷主要为电力机车牵引负荷,其具有单相性、非线性、随机波动性以及制动时会产生能量的特点,会给牵引供电系统带来复杂的电能质量问题和再生制动能量利用问题。传统的铁路功率调节器（Railway Power Regulator,RPC）可以处理负序和谐波等电能质量问题,但并不能解决再生制动能量利用问题。基于此,本文提出在RPC上加装混合储能系统（Hybrid Energy Storage System,HESS）,构成混合储能型铁路功率调节器（Hybrid Energy Storage System-Railway Power Regulator,HESS-RPC）,并研究了对应的控制策略,来综合解决牵引供电系统中电能质量治理和再生制动能量利用的问题。同时,针对HESS内部充放电功率分配问题,提出了以超级电容荷电状态（State of Charge,SOC）的变化为参考,动态调整HESS充放电功率的方法。论文主要研究内容包括:（1）建立了牵引供电系统的结构模型,并以此为基础,首先分析了牵引供电系统电能质量问题的产生原因,然后介绍了再生制动能量的产生过程,并例举了几种常见的能量利用方式,为后文中解决牵引供电系统电能质量治理和再生制动能量利用问题提供了理论基础。（2）针对传统RPC的局限性,设计了可以兼顾电能质量治理和再生制动能量利用的系统拓扑结构。该系统将HESS通过变换器接入RPC的中间直流电容环节,得到了HESS-RPC结构;然后在此基础上,分析了整个系统的综合补偿原理和能量利用原理,以综合实现负序、谐波补偿和再生制动能量利用为控制目标,设计了该系统的控制策略。最后通过仿真实验和结果分析证明了该拓扑结构及控制策略不仅能改善牵引供电系统电能质量,还能有效利用再生制动能量。（3）针对HESS内部充放电功率分配问题,本文以传统充放电功率分配方法的不足为改善目标,提出一种根据超级电容SOC动态调整HESS充放电功率的方法。该方法可以保持超级电容的功率调节能力,减少蓄电池放电深度和功率变化频率,提高其使用寿命,从而增强系统经济性。最后采用模拟的工况数据进行仿真实验,通过对比分析验证了所提动态功率分配方法的优势。
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