多流制电力机车既可以在交流供电制式下运行又可以在直流供电制式下运行,在不同供电制式下运行时无需中间换乘站,使得运输更加便捷,并且为解决不同轨道交通间的互联互通问题提供了新的可能。长期以来,由于中国的电力机车均采用独立的供电制式,造成多流制牵引传动系统方面的研究相对滞后。从长远考虑,我国必须研制具有自主知识产权的高性能多流制牵引传动系统,并需要攻克包括供电制式切换时直流侧电容电压波动、机车再生制动能量利用率低等一系列关键问题。超级电容凭借其充放电迅速、环保、高效、可循环充放电次数多等特点,在提高轨道列车再生制动能量利用率难题中扮演者越来越重要的角色。而且因其对直流侧电压的削峰填谷的作用,为解决多流制机车供电制式切换时的直流侧电容电压波动问题提供了崭新的思路。基于此背景,本文所做的工作如下:(1)本文介绍了传统双流制电力机车牵引传动系统主电路拓扑结构,分级研究了PWM整流器、两电平牵引逆变器以及牵引电机的工作原理,建立了整流器和逆变器的数学模型,给出了整流器、牵引逆变器和牵引电机的控制方法,并且通过Matlab/Simulink仿真验证了控制方法的正确性。针对目前双流制机车再生制动能量利用率低的问题,本文提出了一种基于超级电容的双流制机车储能系统。(2)本文根据超级电容的特点和双流制机车的运行特性,确定了储能系统的安装方式,选定了双向DC/DC变换器主电路的拓扑结构,对储能系统中的电感和电容进行了初步的工程计算。分析和对比了超级电容一阶线性、非线性RC模型和多阶RC等效模型,其中一阶线性等效模型可以满足双流制机车数学建模的要求。依据该一阶线性模型,对超级电容在不同方式下充电效率进行了研究。(3)给出了储能系统的控制方法,通过Matlab/Simulink仿真验证了超级电容储能系统在机车起动时能够释放能量,减小起动时的电压波动;制动时有效的回收制动能量,提高制动能量的回收利用率。推导出常规双流制机车在供电制式切换时直流电压的数学表达,由数学表达可知暂态过程中直流侧电容电压会产生波动,由于超级电容的削峰填谷的作用,在制式切换时能够有效的维持直流侧电容电压的稳定,实现供电制式的电压平滑切换,通过仿真验证了超级电容能够有效的维持机车供电制式切换时直流侧电压稳定这一结论。研究验证的储能系统的有效性对于提高双流制电力机车的适用范围具有十分重要的参考意义。