前言

　　作为电气化铁路总里程、运能世界第一的国家，我国轨道交通技术以其高密度运输、安全准点等优点，在国民经济中起着越来越重要的作用。轨道交通是以电能为动力，以轮轨为运转方式，具有快速、大运量的交通运转系统。其中，干线电气化铁路的供电方式仍以异相供电系统为主，列车及相关用电设备的电力供应通过牵引所获得，电气化铁路区域的电力系统能力、电能质量等直接影响列车运行。电气化铁路牵引供电系统存在的过分相环节也降低了列车运行速度，牵引供电系统采用单相交流供电（AC 25kV），系统负荷为典型三相不对称负荷，产生的负序电流流入电网增加了电力系统的功率，使负序问题更加突出，牵引系统等非线性负载也会把多次谐波电流引入电网从而引起电能质量问题。

　　随着高速铁路和地铁等轨道交通技术的迅猛发展，电力电子技术及柔性化交直流供电系统等方面的研究及应用受到了广大国内外本领域学者越来越多的关注，柔性交直流供电系统的发展为轨道交通的供电方式提供了另一种探索方向，有利于提升牵引供电质量并解决列车的过分相问题。本书内容涵盖了轨道交通、能量路由器、新能源并网、电力电子建模与控制、预测控制算法等相关研究领域，其中重点介绍了逆变器的离网和并网控制、贯通式同相供电系统和基于UPQC的电能质量管理，对比了多种控制算法的优点和不足，可供从事相关行业的教师、研究生、工程技术人员等参考和阅读。

　　本书共分为10章。第1章为绪论，主要介绍本书的研究背景，总结国内外轨道交通牵引供电系统的研究现状，分析轨道交通柔性供电关键技术以及存在的电能质量问题和治理方法。第2章为基于能量路由器的轨道交通柔性供电系统，首先建立了能量路由器的轨道交通供电系统架构，然后进行了相关的供电工作模式分析和源端、负荷端变换器设计，在此基础上提出了能量路由器的协调控制策略方法和理论。第3章至第5章为模型预测控制技术在轨道交通供电系统中的应用研究。根据传统三相两电平逆变器的拓扑结构建立离散数学模型，对模型预测控制策略进行了详细介绍，随后针对传统基于模型预测控制策略的逆变器共模电压抑制方案所存在的电流畸变率较大的问题，提出基于优化虚拟电压矢量选择的逆变器输出共模电压抑制方案，同时提出一种以模型预测控制算法为基础的并网逆变器输出电流及功率协调控制策略，分析了具有建模误差补偿的离网型逆变器多步模型预测电压控制，并探讨了其在轨道交通供电中的应用。第6章为轨道交通贯通式同相供电技术，包括工作原理、控制方案设计、相关建模与仿真分析等。第7、8、9章涉及UPQC在轨道交通微电网中的电能质量，包括基于UPQC的系统结构、补偿量检测方法、电能质量控制策略等。第10章为实验结果与分析，通过半实物仿真系统RTLAB对本书所提策略进行实验分析，同时对本书重点理论和方法进行实验验证。

　　本书成果得到国家自然科学基金联合基金重点项目（U2034201）、国家自然科学基金面上项目（51977039）、中国中铁重大科技项目（2019-重大-11）、中央引导地方科技发展专项（2021L3005）等课题的资助。同时在研究过程中，得到清华大学、福州大学、北京交通大学、中国中铁股份有限公司、中国中车股份有限公司、北京市基础设施投资有限公司、北京市轨道交通建设管理有限公司、福州地铁集团有限公司、北京市轨道交通运营管理有限公司等单位领导及专家的指导，特别是中国中铁股份有限公司劳模工作创新工作室联盟及福州大学先进电气与轨道交通装备研究院，在此表示诚挚谢意。本书参考了国内外柔性交直流供电及电能质量等方面的著作和论文，并在书中每章末尾列出了相关参考文献，在此对其作者表示衷心感谢。

　　本书旨在抛砖引玉，希望能对读者有所裨益，并恳请广大读者批评指正。

作者

2023年4月