用于城軌直流牽引系統的混合型MMC全橋子模塊比例設計方法

席嫣娜，李笑彤，李子明，魏應冬，李笑倩，王方敏，李偉，李偉瑞

(1. 國網北京市電力公司，北京 100031；2. 電力系統及發電設備控制和仿真國家重點實驗室（清華大學電機系），北京 100084；3. 北京電力經濟技術研究院有限公司，北京市 100055)

0 引言

目前中國地鐵多采用1 500 V或750 V的直流牽引供電方式[1]，牽引變電所基本上都采用二極管不控整流裝置[2-3]，直流電壓不可控且能量只能單向流動。當列車運行在制動模式時，列車的電機進入到發電工況，制動能量無法回饋給交流電網，還會導致牽引網直流電壓顯著升高，必須通過列車內部的制動電阻進行消耗，造成較大的能源浪費。

當二極管不控整流裝置被替換為電壓源型雙向變流器后，每個牽引所的節點電壓就可以根據系統級的策略進行控制。通過判別機車當前處于牽引狀態還是制動狀態，靈活地調節全線各節點的電壓，實現直流線路上的潮流可控、調度優化。運用電力電子技術的雙向變流器有著直流電壓穩定可調、能量雙向流動、功率解耦控制等特性[4-5]。目前用于低壓直流系統的雙向變流器基本上都使用兩電平的三相半橋拓撲，其峰值功率不足，難以滿足實際情況的需要。為提升峰值功率并聯多重化時會帶來動態均流和穩態均流的問題[6-7]。模塊化多電平換流器(modular multilevel converter, MMC)是高壓柔性直流輸電領域應用最廣泛的雙向變流器拓撲[8-9]。相比于常規的兩電平變流器，MMC有著諧波含量小、容量上限高、模塊化設計方便拓展等優勢[10-11]。……