高速动车组在制动过程中，优先采用再生制动方式，产生了大量的再生能量。据统计，从北京南站到天津站的动车组每天可产生的制动能量约为33.291MW∙h，每年可产生的制动能量高达120GW∙h。

当前，这部分再生能量主要有三种处理方式：①被同一供电臂上处于非再生工况的动车组消耗；②以热能的形式被制动电阻消耗；③返送回电力系统，但电力系统不对其进行计费或反向正计。这使得再生能量未得到充分的利用，同时给铁路部门带来了一定的经济损失。因此，研究高速铁路牵引供电系统再生能量的回收利用，对实现节能减排降耗具有重要的现实意义。

目前，围绕高速铁路再生制动能量的回收，国内外学者主要进行优化型、反馈型、储能型再生制动能量系统三个方面的研究。其中，优化型是指通过协同控制相同供电臂下其他动车组的运行工况，使再生能量被处于非制动工况的动车组消耗，这种方法的优点是能实现大功率再生能量的及时再利用，其不足在于再生能量的利用率不高，且灵活性较差。

反馈型是指通过设计能量回馈装置，将再生能量反馈到其他电压等级供电网络，如10kV贯通线、400V配电网等，供给照明、信号系统等使用。该方案的优势在于能够实现再生能量的二次利用。然而，反馈的再生能量中含有大量负序和谐波电流，且瞬时功率较大（最高可达20MW），容易影响其他供电设备的安全稳定运行。

储能型是指在牵引供电系统中构建储能装置接口电路，将动车组产生的多余再生制动能量存储到相关储能介质中，并将其供给牵引负荷或其他负荷使用，储能型方案具有削峰填谷，灵活性高等优势，是近年来研究的热点。实现储能型的关键在于接口电路拓扑结构及其控制策略的设计。

铁路功率调节器（Railway Power Conditioner, RPC）具有实现两供电臂能量双向流动，动态补偿牵引供电系统负序和谐波电流，提供稳定直流电压，使两供电臂共用一套储能装置等优点，被广泛用作接口电路。然而，当牵引供电系统中接入储能装置后，由于储能介质的反复充放电，引入了新的功率流动，造成了牵引供电系统电能质量恶化，使得传统RPC控制策略不再适用，需要对控制策略进行改进。

因此，为实现高速铁路牵引供电系统再生能量的存储利用，本文提出基于RPC的牵引供电系统储能方案及其控制策略。首先，设计高速铁路储能方案拓扑结构，并对典型运行工况下牵引供电系统的能量传输特性进行分析；再对含有储能装置的RPC电能质量动态补偿原理进行推导，提出一种改进的RPC控制策略；进一步研究基于电流闭环的储能装置控制策略；最后通过仿真分析验证所提出方案和控制算法的可行性和有效性。

图1 基于RPC的牵引供电系统储能方案拓扑结构

图2 含储能装置的高速铁路牵引供电系统运行工况

图4 储能式RPC控制原理图