基于跨相式单相逆变器的牵引供电光伏储能系统多层解耦控制策略

针对现有铁路能量路由器成本高、集成度低的问题，提出一种基于跨相式单相逆变器的新型结构，实现制动能量回收、新能源接入与电能质量治理。通过建立数学模型，分析三端口有功/无功耦合特性，提出硬件解耦与多层协调控制策略。仿真结果表明，系统显著提升功率因数与再生制动回收率，降低电压不平衡度与设备容量，成本减少37.23%，兼具理论与工程应用价值。

在电气化铁路牵引供电系统中,铁路能量路由器(railway energy router,RER)用于回收列车制动能量、接入光伏等新能源,同时改善负序、无功等电能质量,但是既有结构包含两套逆变器和变压器,存在成本高、工程应用难的问题.为此,提出一种基于跨相式单相逆变器的新型铁路能量路由器结构,其交流侧跨接α/β相牵引母线、直流侧接入光伏储能.首先,推导新型结构的数学模型和工作原理;然后,针对逆变器传统两端口模式转变为RER的三端口模式存在的有功/无功耦合问题,提出增加无功补偿装置的硬件解耦方法;其次,针对新型RER三端口间多向能流问题,提出一种多层协调优化控制策略.最后,基于典型工况及实测数据,进行了仿真验证,结果表明:三相电压不平衡度从2.52%降低至1.58%,平均功率因数从0.688上升至0.966,再生制动回收率61.65%,光伏消纳率94.16%;主设备容量降低 42.31%,成本降低 37.23%,说明所提新型 RER 在实现现有RER相同功能的前提下大幅降低了成本,具有重要的理论和工程价值.