王怀东，刘 涛

0 引言

2019年我国城市轨道交通总电能消耗152.6亿kW·h，同比增长15.5%，其中牵引能耗79 亿kW·h，同比增长17.3%[1]。随着新建城市轨道交通线路的增加，其总体能耗指标仍然在不断增长。节能技术在城市轨道交通领域的应用成为热门话题之一，对于轨道交通能耗占比约52%的牵引能耗成为最有前景的节能方向。

1 研究背景

几十年来，由三相牵引变压器和二极管整流器组成的直流牵引供电系统成为城市轨道交通牵引供电的成熟解决方案。然而，随着可回收能量车辆的不断发展，该系统固有的一些弱点开始显现：

（1）牵引电流越大，变电所和接触网的电压下降越多，该影响由于车辆使用转换器驱动而加剧，通过转矩控制，车辆即使在接触网电压下降时仍使受电弓保持恒定的功率负载。

（2）制动能量的使用仅限于制动车辆本身的辅助功率，以及在同一供电分段上同时加速的车辆，如果这些加速车辆相距太远，则多余的功率会在制动电阻中转化为热量，制动能量不能得到充分利用，且增加了热量释放。

图1 所示为典型整流变电所的电流电压特性。无任何负载时，变电所空载电压为U0；当牵引电流ITSS增加时，电压UTSS呈线性下降；当电流达到额定电流值Irect时，电压达到其额定值UN；过载的情况下电压将进一步下降。列车之间的能量回收交换只能在U0以上进行。如果列车间隔太远，制动车辆的电压将达到Umax1阈值（IEC 62590），此时制动电阻需要介入，大量的制动能量通过车载电阻被消耗，从而保证变电所的电压低于标准规定的最高连续电压Umax1。……