地铁站间距较短,导致列车频繁启停,地铁列车再生制动过程中会产生大量的能量。随着国内地铁的运营线路的增多,如何利用再生制动能量,实现节能减排、改善环境已经成为轨道交通普遍关注的问题。目前,较为普遍的做法是配备车载电阻或者地面电阻将电能转化为热能消耗掉,造成了能源浪费,同时增加了隧道的温度,需要增加通风量来降低温度,从而增加了附加损耗。再生能量回馈变流器能够将再生制动能量返送到牵引交流电网,供其他设备利用,是再生能量利用的一种主要方式。本文结合科研项目,研制用于地铁的大功率能馈变流器。数学模型分析及主电路设计。首先建立了两电平能馈变流器的在三相静止及同步旋转坐标系下的数学模型,在同步旋转坐标系下对PWM变流器进行了稳态分析。在此基础上,根据地铁现场应用要求,针对由两台容量为1MW的PWM变流器及一台次边双绕组变压器构成的大功率再生制动能量逆变回馈装置,完成了主电路中功率组件、交流电感和直流支撑电容的设计与选型,并对三相电压型PWM变流器的滤波器的进行了详细的设计。控制系统设计及仿真。采用基于同步旋转坐标系下的电压电流双闭环控制和空间矢量调制方案,设计了电压外环和电流内环的控制参数,并利用MATLAB对主电路参数及控制方法进行了静态和动态仿真分析。静态仿真时,分别针对单位功率因数、感性无功和容性无功不同工况下的输入、输出电流及电压特征进行分析;动态仿真时,用可控电压源模拟列车牵引和制动时引起的接触网电压变化,模拟再生能馈变流器的真实工作状态。最后,基于FPGA+ARM双控制芯片的主控板,在FPGA中完成所有的核心控制算法、ARM中实现数据通讯和管理功能。试验验证和现场应用。先基于整套再生制动能量回馈系统搭建了一个1MW的再生制动能量逆变装置的互馈试验平台。在互馈试验中,其中一台陪测变流器工作在整流工况,另一台被测变流器工作在逆变工况,让电能在两台变流器中环流,进而验证主电路参数和控制策略。试验结果表明,变流器的工作效率、输出电流谐波、温升等性能指标满足设计要求。最后,针对能馈装置现场应用环境,通过站内的环流试验、邻站间对拖试验及地铁重载列车全速的再生制动能量回馈试验,验证了该变流器的挂网稳压及能量回馈性能均满足设计要求。