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中壓直流牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。牽引變電所連接牽引網(wǎng)與交流電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)交直流系統(tǒng)間的能量交換。鐵路沿線的分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)（風(fēng)電、光伏）及儲(chǔ)能系統(tǒng)等通過(guò)電力電子變換裝置接入牽引網(wǎng)。牽引網(wǎng)可通過(guò)雙向DC-DC變換器與城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路與城市軌道交通的互聯(lián)互通。

中壓直流牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，所有牽引變電所共同維持系統(tǒng)內(nèi)能量供需平衡和牽引網(wǎng)直流電壓穩(wěn)定；分布式發(fā)電單元采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制；系統(tǒng)能量過(guò)剩（不足）時(shí)，儲(chǔ)能設(shè)備以額定電流進(jìn)行充（放）電；列車(chē)作為主要負(fù)荷，具有快速移動(dòng)、波動(dòng)劇烈、非線性等特點(diǎn)。

相比于傳統(tǒng)單相工頻交流制式的牽引供電系統(tǒng)，中壓直流牽引供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）電能質(zhì)量提高。牽引變電所采用全控型的電壓源換流器作為電能變換的核心設(shè)備。通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂撇呗钥梢越鉀Q傳統(tǒng)交流牽引供電系統(tǒng)的負(fù)序、諧波、無(wú)功問(wèn)題，增加系統(tǒng)的可靠性，減小牽引供電系統(tǒng)對(duì)公用電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等設(shè)備產(chǎn)生不利影響。

（2）電分相完全取消。通過(guò)電壓源換流器獲得幅值相等的直流電壓，可以完全取消電分相實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)全線貫通供電。全線貫通的接觸網(wǎng)可以避免列車(chē)由于過(guò)分相導(dǎo)致的過(guò)電壓、電弧、速度損失等問(wèn)題，使得列車(chē)的調(diào)度更加靈活，減小運(yùn)營(yíng)成本。同時(shí)為再生制動(dòng)能量的內(nèi)部利用提供了良好的渠道，提高了能量利用率。此外牽引變電所之間可以做到相互支撐，互為備用，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備利用率、供電能力和供電可靠性可以得到很大的提高。

（3）供電距離提升、牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。根據(jù)相關(guān)資料表明，交流制式下?tīng)恳W(wǎng)的阻抗大小約為其直流電阻兩倍多，考慮相同電壓降的要求，直流制式下?tīng)恳冸娝墓╇娋嚯x可以在交流的基礎(chǔ)上增加一倍以上，若進(jìn)一步提高直流電壓水平，供電距離可以變得更長(zhǎng)。同時(shí)，直流制式下接觸網(wǎng)和鋼軌無(wú)集膚效應(yīng)，導(dǎo)線截面可得到充分利用，因此接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化，能夠用更少的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)交流系統(tǒng)相同的供電能力。

（4）智能化。牽引變電所內(nèi)采用全控型電力電子變流器，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與公用電網(wǎng)間能量的雙向流動(dòng)。通過(guò)合適的能量管理策略可對(duì)接入系統(tǒng)內(nèi)的分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)和牽引變電所的工作模式進(jìn)行集中管理和優(yōu)化，進(jìn)而提升系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行。

圖1 中壓直流牽引供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（摘編自2018年第16期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，作者為葛銀波、胡海濤等，原文標(biāo)題為“模塊化多電平變流器型中壓直流牽引供電系統(tǒng)控制方法研究”）