1. 研究目的与意义（文献综述）

与道路、航空等交通方式相比，轨道交通运输具有运量大、定时、安全、环保、节能等显著优点。在全球倡导保护环境、防止地球暖化的今天，交通环保、节能的 优点已越来越受到人们的重视，大力发展轨道公共交通已成为世界各国的共识。轨道交通车辆采用交流传动技术后，再生制动成为列车常用的制动方式，由于再生制动能量可供相同供电区间内的其他处于牵引状态的列车利用，进一步降低了列车的运行能耗，使轨道交通在节能运行方面的优势越发突出。然而，使用再生制动的前提是线路上必须有足够的负载来吸收再生能量，否则就容易造成受电弓电压升高超过允许值，引发主电路断开，导致再生制动失效。近年，随着二次电池、飞轮、超级电容（edlc）等储能技术的发展，如何利用储能技术来解决列车制动失效、改善列车高速制动力不足得到世界轨道交通界的广泛关注。

城市轨道交通的直流供电侧采用地面或车载储能系统，回收制动能量可以提高整个系统能量利用效率、稳定电网电压、增强系统稳定性。大功率双向 dc-dc 变换器（bi-direction dc-dc converter，bdc）是轨道交通再生制动能量利用系统的核心环节之一，对系统性能、效率、体积及重量等方面的影响起着关键作用。根据变换器的结构，双向 dc-dc 变换器可分为隔离型和非隔离型。隔离型 bdc 主要应用于需要电气隔离或电压变比较大的场合，由于变换器效率的原因在大功率变换场合并不适用。非隔离型 bdc 拓扑相对于隔离型拓扑具有开关器件少、磁性元件少、拓扑结构简洁、控制电路简单、无变压器损耗及高效可靠等优点。轨道交通车辆运行速度较高且起动与制动频繁，而车辆起动和制动期间，传输功率峰值较高，因此非隔离型拓扑结构是轨道交通储能系统中能量变换环节的首选。

非隔离型拓扑中的半桥 buck/boost 双向拓扑结构具有功率器件少，开关器件的电流应力小以及变换器导通损耗小的特点，有助于提高系统的综合效率。城市轨道交通超级电容储能系统中所采用的双向 dc-dc 变换器拓扑主要是以半桥 buck/boost 为基本结构的拓扑及其相应的组合拓扑，如多相交错 buck/boost 双向 dc-dc 拓扑，以及具有应用前景的基于半桥的多相级联和多电平双向 dc-dc 拓扑。不同的变换拓扑的特性不同，且有源与无源元件的电压、电流应力亦不同，如何在满足相同特性要求的前提下尽量减小元件的数目、尺寸、重量及成本，以提高节能系统的经济性，是对大功率双向 dc-dc 变换器的一个重要要求。对轨道交通储能用大功率双向 dc-dc 变换器拓扑进行综合分析、比较有着重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

储能系统通常需要多个超级电容器串并联组成超级电容器阵列，以满足不同电压和能量的需求。由于超级电容器的端电压在充放电过程中变化很快，提供给负载的输出电压又必须稳定在一定范围之内，因此，在以超级电容器作为主电源的场合，为了使超级电容器尽可能有效和充分地充放电，一个高效的能量转换电路就显得尤为重要。传统的能量转换电路，比如桥式 dc-dc 变换器，虽然有比较高的效率，但是这类变换器电路中一般都包含诸如电感和变压器之类的感性器件，它们往往占据了变换器的很大一部分体积和重量。尤其是在大功率场合，这些元件要承受相当大的电流，在实际设计中，必须考虑这些问题。如果在超级电容器储能系统中引入这些感性元件，势必会大大增加电路的体积和复杂程度，同时还会降低系统的能量密度。

车载超级电容储能系统的装置结构如图1所示，主要由两部分组成：一是能量变换装置双向 dc-dc 变换器；二是超级电容器组。为了使能量合理分配，两者采用并联的连接关系，双向 dc-dc 变换器的控制与牵引逆变器的控制是相互独立的 ，在不改变原有列车控制策略的基础上，超级电容储能装置就能装在既有的城轨列车上使用。

图 1 中 i_l为线网电流；i_d为列车牵引或再生制动需要的电流；i_s为储能系统的输出电流，u_dc为逆变器前端电压；u_dco为储能系统的前端电压，且满足u_dco=u_dc；u_sc为超级电容端电压；器件s为隔离开关，当超级电容备用时，s断开。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅资料，理解课题及任务书要求；

第3周：提交开题报告；提交阶段性报告；

第4-8周：详细研究；

4. 参考文献（12篇以上）

1、赵,王椹榕 等.车载超级电容储能系统间接电流控制策略.电工技术学报,2011,26（9）

2、夏欢 等.基于列车运行状态的城轨超级电容储能装置控制策略.电工技术学报,2017,32（21）

3、张莉 等.基于超级电容器储能系统的均压放电控制策略 .电工技术学报,2014 vol. 29 (4)