基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究.pdfVIP

机车电传动

第1期No.1

2024年1月ElectricDriveLocomotivesJan.2024

DOI:10.13890/128X.2024.01.123

基于潮流转移装置的混合储能接入

牵引供电系统控制策略研究

黄军

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063）

摘要：采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点，但在现有的牵引供电系

统中，负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此，文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓

扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构，研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及

其能量管理策略；为减少系统损耗，进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度，文章提出

了一种协调控制策略，并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明，该系

统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量，提高系统中能量流动的灵活性，并且解决了牵引供电系统中

的负序问题

关键词：电气化铁路；负序；再生制动能量；混合储能系统；协调控制；仿真

中图分类号：TM922.3；U223.6文献标识码：A文章编号：1000-128X（2024）01-0166-08

电压变换器的静态同步补偿器，该装置具有动态性能

0好、效率高的优点。然而，上述方法都需要配置1个大

引言

容量变换器来补偿负序。

电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点，对在交流牵引供电系统中，如果再生制动能量不能

实现零碳排放、实现碳达峰碳中和的“双碳”政策具被同臂下的电力机车吸收利用，那么再生制动能量将

有重要意义[1-2]。但现有的牵引供电系统存在以下问题：通过牵引变电所回送到电网中，这部分反送的再生制

①传统的牵引供电系统大多采用单相变压器为列车供动能量造成了较低的能量利用率[10]。近年来，利用储

电，导致三相电网负序超标；②当不同列车同时牵引能技术实现节能和提高再生制动能量利用率成为研究

或同时制动时，电气化铁路再生制动能量利用率低，热点。文献[11]将飞轮储能系统接人电气化铁路，实现

文献[3]介绍通过采用灵活控制潮流的方式，可有效利了再生制动能量利用和牵引变电所削峰填谷，并深入

用再生制动能量，电力机车的能耗可以降低10%~45%。研究了其能量管理策略和变流器控制策略。文献[12-

目前，已有潮流转移装置在国内线路实现工程应用，14]提出将超级电容连接到功率调节器，同时划分了系

并取得了较好的经济收益，而且投运后未发生任何影统的工作模式，并设计了相应的控制策略。文献[15-

响自身和牵引供电系统安全的情况，具有非常高的工17]提出了基于超级电容器的同相牵引供电系统，并对

程应用价值[4-6]其工作模式和分层控制策略进行了研究。上述文献提

为解决负序超标问题，文献[7-8]提出将静止无功及的储能装置为超级电容，其在大功率和循环充放电

补偿器（StaticVarCompensator，SVC）并联在高压三的场合有很好的适用性，但能量密度偏低，不适合大

相侧，对系统的负序进行补偿。文献[9]提出采用基于规模储能，而蓄电池的能量密度高，但是其功率密度

基金项目：中铁第四勘察设计院集团有限公司科研课题（2022K126）

通信作者：黄军（1983一），男，高级工程师，主要从事电气化铁路牵引供变电系统设计；E-mail:iaile@

引用格式：黄军，基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究[J].机车电传动，2024(1):166-173.D0I:10.13890/j.issn.1000-