摘要：随着城市轨道交通的迅速发展，轨道交通牵引供电系统面临能耗高、负荷波动大、能量浪费严重等诸多问题。列车制动过程中有许多能量未得到有效利用，而传统制动电阻耗能方式仅能将能量以热量形式散失。中压能馈技术通过采用高效的逆变回馈装置，能够将制动产生的直流电转换成符合电网要求的交流电，并直接回馈至 10kV 及以上的中压电网，从而实现能量的二次利用，提高供电系统整体能效。本文将从中压能馈技术的基本原理、关键设备及系统控制策略，以及该技术对城市轨道交通供电系统影响等方面进行论述。

关键词：中压能馈技术；轨道交通；牵引供电；逆变回馈；电能质量

城市轨道交通作为现代城市公共交通的重要组成部分，其运行效率和能源利用水平直接关系到城市能源消耗和环境影响。当前，轨道交通牵引供电系统主要以直流 750V 或 1500V 供电为主，在列车启动、加速、制动过程中，能量瞬时变化剧烈，给供电系统带来巨大负荷冲击。尤其是在制动过程中，传统系统往往依赖制动电阻将多余能量转化为热能散失，造成电能浪费，工作时噪音较大。近年来，中压能馈技术的发展为能量回收提供了一种全新思路，其通过将列车制动产生的直流电转换后直接并入中压电网，不仅提高了能量回收率，而且有助于改善电网功率因数与降低谐波污染。

1 中压能馈技术概述

1.1 轨道交通牵引供电系统特点

当前城市轨道交通牵引供电系统主要由牵引变电所、整流机组、接触网和回流系统构成。系统一般采用直流供电，其中 750V 或 1500V 的直流电压较为常见。由于列车运行过程中频繁出现加速与制动现象，牵引负荷在瞬间可达到额定功率的 2 至 3 倍，造成供电系统电压波动明显，且负荷不均衡问题突出。同时，非线性负荷特性引发的谐波问题及功率因数低下也给供电系统带来了较大挑战。由此可见，提高供电系统的制动能量回收效率、稳定电压和改善电能质量已成为轨道交通供电技术亟待解决的重要问题。

1.2 传统制动能量吸收方式及其不足

现有轨道交通系统中，制动能量回馈方式主要包括制动电阻耗能型吸收、低压逆变回馈和储能型吸收三种方式。虽然结构简单、成本较低，但回收率接近零，完全浪费宝贵的能量；低压逆变回馈通过逆变器将直流能转为交流能回馈至牵引变电所 400Vac 站内供电，但受限于低电压级别，其回馈功率和输送距离均较为有限，实际回收率约在 ；储能型吸收系统在列车制动时利用超级电容或电池暂存制动能量，在列车牵引时回馈到直流电网，制动能量利用效率较高，但设备投资和维护成本较高，设备体积大，且储能装置寿命较短，尚难以大规模推广 [1]。相比之下，中压能馈技术直接将能量回馈至 10kV/35kV 中压电网，具有回馈效率高、系统兼容性好和对电网干扰小等优点，为城市轨道交通供电系统带来新的优化方向。

1.3 中压能馈技术基本原理

中压能馈技术的核心在于变流装置，该装置采用 SVPWM 控制的中性点箝位型简称 NPC 逆变器，多 NPC 模块协同工作，将列车制动过程中产生的直流电转换为交流电。中压能馈装置，转换后的电能通过专用隔离变压器升压后并入 10kV/35kV 中压电网，回馈过程中同时采用滤波器抑制高次谐波，中压能馈装置具有逆变、整流和无功补偿等三种运行模式，对直流牵引网有稳压作用，对 35kV/10kV 交流电网具有无功补偿作用，回馈电流符合电网接入标准。实际应用中，该系统能量转换效率可高于 98% ，在额定功率时电流谐波率（THD）小于 3% ，回馈电能波形平稳，能够有效缓解供电系统电压瞬变问题，提高整个轨道交通供电系统的运行稳定性和能效水平。

2 中压能馈系统的关键设备与控制策略

2.1 逆变回馈装置设计

变流装置的三电平逆变器，是中压能馈系统的核心，其设计直接影响能量转换效率和系统稳定性。该装置主要包括功率转换模块、滤波模块和并网控制模块。为了满足制动能量功率要求，通常采样多个NPC 模块并联，NPC 模块通常采用高频 IGBT 器件，具备高速开关特性和低导通损耗，能够在高频工作下实现高于 98% 的转换效率。滤波模块则采用电抗器或者LCL 滤波器，通过合理设计电感和电容参数，将逆变器输出中的高频谐波降至 3% 以下，确保回馈电流的电能质量满足电网要求。并网控制模块则通过实时监测电网电压、频率及功率因数，利用自适应控制算法动态调整逆变器输出，使得回馈电能始终与电网保持同步，从而确保系统运行安全稳定。

2.2 并网接口及电能质量优化技术

在中压能馈系统中，并网接口的设计至关重要，必须满足国家电网接入标准和安全规范。该接口通常由专用变压器、滤波装置和保护装置组成。专用变压器一方面起到电压升降作用，另一方面可起到电气隔离的功能；滤波装置用于抑制逆变过程中的谐波干扰，将总谐波畸变率（THD）控制在 3% 以内；同时，系统无功功率补偿的功能，保证功率因数达到0.98 以上。通过这些措施，能有效改善并网电能质量，降低逆变回馈对电网稳定性的冲击，增强整个轨道交通供电系统的兼容性和适应性。

2.3 系统能量管理与优化调度策略

为充分发挥中压能馈系统 NPC 模块双向变流的优势，必须建立完善的能量管理与优化调度策略的能量运控系统，协调各中压能馈装置的能量控制。首先，通过实时监测列车运行状态和牵引负荷变化，系统可动态调整回馈功率，实现负荷平衡；其次，利用大数据和人工智能技术对历史运行数据进行分析，预测电网负荷波动趋势，提前进行能量调度，从而使系统回馈效率进一步提升；再次，通过多目标优化算法，在经济性与能效之间找到最佳平衡点，实现系统整体收益最大化。

3 中压能馈技术在轨道交通供电系统的应用前景

3.1 提升供电系统稳定性和安全性

中压能馈技术通过回馈制动能量，能在列车启动与制动过程中有效平抑电网电压波动，降低供电系统的瞬时负荷变化。采用该技术后，电压跌落现象得到明显改善，供电系统的稳定性和安全性得到有效提升。同时，逆变回馈装置的高效运行，使得电能转换过程中的损耗大幅降低，为系统长期稳定运行提供了坚实技术保障。

3.2 提高能效优化与经济效益

中压能馈技术的推广应用能够提高能量回收率，在降低整体能耗方面具有显著优势。可使牵引供电系统的能耗降低 10% 以上，从而节约运行成本和能源费用。双向变流装置正在取代传统的整流机组，降低设备成本，这种节能效应对于运行大型城市轨道交通系统的城市而言，具有显著的经济效益和环保意义。

3.3 改善电网兼容性与电能质量

采用中压能馈技术后，由于系统内置的滤波器和无功补偿功能，使回馈电能在并网过程中保持良好的波形质量。相关研究显示，回馈电流总谐波畸变率（THD）可稳定控制在 3% 以内，满足甚至优于国家电网接入标准要求 [2]。此外，系统的自适应电压控制策略有效地降低了电网因负荷突变产生的电压波动，提升了电网整体的电能质量。电网兼容性方面，该技术能够与不同规格的城市中压电网实现无缝衔接，为轨道交通系统提供更为稳定、可靠的电能供应保障。

4 结语

中压能馈技术作为轨道交通牵引供电系统能量回收的重要技术创新，凭借高效的逆变回馈、优异的电能质量控制以及智能化能量管理策略，在缓解电网负荷波动、降低系统能耗和改善供电质量等方面显示出显著优势。

参考文献

[1] 刘宇 . 浅析中压能馈型再生制动电能利用装置在地铁中的运用 [J].中小企业管理与科技 （ 下旬刊 ），2021，（06）：187-188.

[2] 刘晓青 . 城市轨道交通中压能馈装置的调试 [J]. 电气化铁道 ，2020，31（05）：79-81+89.