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现代地铁系统中,轨道电位与杂散电流带来的安全问题日益凸显,由于其防治措施现场验证协调难度大,相应的模拟系统受到广泛关注。现有模拟系统分为多维空间模拟系统、定值电阻模拟系统和可变电阻模拟系统。多维空间模拟系统建模过程复杂且适用对象单一;定值电阻模拟系统只能实现静态模拟;可变电阻模拟系统采用可变电阻模块(VRM)替代电阻,克服了上述不足。现有VRM均为单向可变电阻模块,无法模拟列车不同工况切换运行时的轨道电位与杂散电流。此外,受限于模拟系统自身电路结构,不适用于浮地和多区间系统。本文针对可变电阻模拟系统,对其电路拓扑和控制策略展开研究。本文首先提出两种双向可变电阻模块(BVRM)的电路拓扑,分别阐述其工作原理、参数设计和控制方法。证明在列车电流双向流动时其等效输出电阻均可调节,应用于可变电阻模拟系统能够模拟列车不同工况切换运行时的轨道电位与杂散电流。在此基础上,构建了包括列车、牵引网、牵引变电所、走行轨纵向电阻和走行轨对地电阻在内的地铁系统等效模型。并针对接地、浮地和多区间牵引系统,分别提出基本型动态模拟系统(B-DSS)、多接地动态模拟系统(MG-DSS)和多区间动态模拟系统(MI-DSS),详细研究了三种模拟系统的演化规律、参数选择、工作模态和控制策略。三种模拟系统均采用单个电阻器表示走行轨对地电阻,通过测量该电阻器对地电压及流过电流,即可得到轨道电位与杂散电流的动态分布。此外,除本文提出的两种BVRM,其它拓扑的VRM同样适用于上述三种模拟系统进行轨道电位和杂散电流模拟。最后搭建了两种BVRM的软件仿真模型和硬件实验装置,在外部电流双向流动下,对其等效输出电阻进行调节。搭建了三种模拟系统的软件仿真模型和硬件实验装置,分别模拟接地、浮地和多区间系统中列车以不同工况切换运行时的轨道电位和杂散电流。软件仿真和硬件实验结果证明了本文提出的两种可变电阻模块和三种模拟系统的拓扑及相应控制策略的可行性和有效性。