【摘 要】
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近年来,针对地铁直流牵引供电系统中杂散电流和轨道电位传统治理方式的不足,零阻变换器系统（zero-resistance system,ZRS）被提出。ZRS跟既有牵引供电系统（traction power system,TPS）并联,通过负阻变换器（negative resistance converter,NRC）、开关单元（switch unit,SU）、回流线缆（return cable,R
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目：城市轨道交通系统迷流腐蚀的源头抑制（51737001）； 中央高校基本科研业务费：地铁轨道电位和杂散电流模拟技术研究（2019JBM058）；
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近年来,针对地铁直流牵引供电系统中杂散电流和轨道电位传统治理方式的不足,零阻变换器系统（zero-resistance system,ZRS）被提出。ZRS跟既有牵引供电系统（traction power system,TPS）并联,通过负阻变换器（negative resistance converter,NRC）、开关单元（switch unit,SU）、回流线缆（return cable,RCA）构建零阻路径以降低轨道电位。然而,ZRS作为一种新的杂散电流和轨道电位治理方案,其相关研究仍处于初级阶段。一方面,现有研究缺乏对增加ZRS的牵引供电系统（ZRS-TPS）的建模理论;另一方面,作为ZRS关键部件之一的负阻变换器NRC,其输入侧通常需配备额外的直流电源,这进一步影响了ZRS的推广应用。围绕ZRS-TPS建模和NRC拓扑本文开展了如下研究:（1）ZRS-TPS建模。本文在单区间-单行-单车场景的ZRS工作原理基础上,分析了多区间-上下行-多车等场景的ZRS工作原理。其次,建立了ZRS-TPS不同场景下的电网络模型,通过节点电压法以及支路撕裂法,对该模型进行求解。ZRS-TPS的建模以MATLAB编程的方式得以具体实现,根据编程计算结果,本文定量分析了不同参数、不同列车工况、不同场景下ZRS对杂散电流和轨道电位治理效果以及NRC的电流、电压、功率特性。（2）NRC拓扑。为解决现有NRC拓扑通常需在输入侧配备额外直流电源的问题,本文提出了输入侧直接接入牵引所直流母线的级联型NRC拓扑,分析了级联型NRC拓扑中负阻变换环节以及降压环节的工作原理和控制策略。为该验证级联型NRC拓扑的基本功能,本文设计了ZRS-TPS实验平台,在合理设计的实验台的参数下,通过仿真和实验,验证了NRC在多种输出工况下的稳态输出和动态输出能力。
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