截止到2018年底,我国已经有36个城市开通了地铁,运营里程达5494.9公里。地铁站间距短、启停频繁,制动过程再生能量达总能量的30%-40%。近年来,国内地铁已经开始采用能馈装置将再生能量回送到中压交流电网,起到了很好的经济和社会效率。再生制动储能装置在列车制动时将再生能量储存在超级电容或其它储能介质中,等到列车牵引时再送到直流电网供列车牵引使用。与能馈装置相比再生制动储能装置不仅可以利用再生制动能量,而且还可以对交直流电网有很好的支撑作用,是未来再生能量利用方式发展方向之一。本文针对基于超级电容介质的地铁储能变流器开展研究,开发工程应用的储能变流器,主要工作如下:储能变流器拓扑及建模分析。详细分析了三电平双向DC/DC主电路拓扑在Buck工作模式下D<0.5和D>0.5时的开关状态和电流流通路径,得出输入输出电压的关系式。采用状态空间平均法对变流器在Buck工作模式下D<0.5和Boost工作模式下D>0.5时的主电路拓扑结构分别进行了建模分析,建立了超级电容储能系统的数学模型;根据建立的储能系统数学模型,采用基于电网电压的电压外环和电感电流的电流内环的双闭环控制结构,对补偿前后的系统性能做了对比分析,通过仿真验证了双环控制器的控制效果。储能变流器的控制策略。针对提出的双环控制器结构对超级电容储能系统的控制策略进行了分析。采用交错调制方式的PWM脉冲生成原理对四路功率单元进行驱动,搭建仿真对采用交错调制策略和不采用交错调制策略的电网侧波形进行了比较。从超级电容的SOC状态,电流调节器设计方面对控制策略进行了研究,提出了基于接触网空载电压的动态调节策略,针对均压电容和超级电容组之间的均压问题设计了均压控制策略。最后对提出的控制策略进行了仿真,验证了控制策略的可行性。储能变流器主电路设计。对超级电容储能系统的总体参数进行了设计。根据电容电压和电感电流纹波设计要求对均压电容、输出侧滤波电感进行参数计算;根据装置能量能量储能及超级电容的SOC对超级电容进行容量配置;针对英飞凌公司的FF600R17ME4＿B11型IGBT根据参数手册对器件的功率损耗以及器件结温进行了计算,最后通过仿真验证了电容和电感器件参数的正确性。储能变流器的实验与测试。对超级电容工程样机以及调试平台进行了介绍,针对调试场地情况提出了“1拖2”的超级电容储能系统吸收装置测试方法。最后介绍了型式试验的部分测试结果,在工程样机设备上成功验证了储能系统控制策略的可行性及设备本身的技术规范性。本论文基于企业合作的超级电容储能项目,完成了对三电平双向DC/DC变流器结构的建模分析与控制器结构设计;给出了系统的控制算法以及对主电路的电容、电感和功率器件进行了参数计算,并通过仿真验证了控制算法和主电路参数的正确性。最后在工程样机上面通过了设备型式试验,验证了系统的总体方案和控制算法。