I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 2 5 ,   p p .   3 6 9 ~ 3 7 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 . i1 . p p 3 6 9 - 379         369     J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   M o dula r multi - in put  co nv er ter  d esig n f o r hybrid  en ergy  stora g sy stem used in  t r a ction po wer su bsta tion       Chuen  L ing   T o h 1, 2 ,   Chi ng   Si n T a n 2 ,   Chee  Wei  T a n 3   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Te n a g a   N a t i o n a l ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a   2 I n st i t u t e   o f   P o w e r   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e n a g a   N a s i o n a l ,   S e l a n g o r ,   M a l a y s i a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   P o w e r   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   T e k n o l o g i   M a l a y si a ,   J o h o r   B a h r u ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 9 ,   2 0 2 4   R ev is ed   No v   7 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   No v   2 8 ,   2 0 2 4       Hy b ri d   e n e rg y   st o ra g e   sy ste m   (HES S wh ich   c o n sists   o b a tt e ry   a n d   su p e rc a p a c it o is   p r o p o se d   t o   sto r e   b u l k   re g e n e ra ti v e   b ra k in g   e n e r g y   fo r   fu tu re   trac ti o n   p o we s u b sta ti o n .   Th is  sy ste m   a ims   to   o p ti m ize   e n e rg y   u ti li z a ti o n   a n d   e n h a n c e   t h e   su sta i n a b il i ty   o f   r a il   tran sp o rt .   To   fa c il it a te  b id irec ti o n a p o we flo b e twe e n   t h e   trac ti o n   n e two rk   a n d   th e   HES S ,   t h is  p a p e in t ro d u c e a   m o d u lar   m u lt i - in p u t   c o n v e rter  ( M M IC)  t o   d y n a m ica ll y   tran sfe rs  d u ri n g   b o t h   b ra k in g   a n d   a c c e lera ti o n   p h a se o train   o p e ra ti o n .   T h e   p r o p o s e d   M M IC  o p e ra tes   in   m u lt i p le  m o d e s,  a ll o win g   fo se a m les e n e rg y   e x c h a n g e   b e twe e n   th e   b a tt e ry   a n d   su p e rc a p a c it o r,   t h u m in imiz in g   th e   d e p t h   o d isc h a rg e   o th e   b a tt e ry   a n d   e x ten d i n g   it li fe sp a n .   c o m p re h e n siv e   th e o re ti c a a n a l y sis  o f   th e   M M IC  is p re se n t e d ,   d e taili n g   it f o u d isti n c o p e ra ti n g   m o d e s.  Ad d it io n a ll y ,   sim u latio n   m o d e l   o f   a   1 . 5   k trac ti o n   p o we su b sta ti o n   wit h   5 0 0   k Wh   HES S   is  d e v e lo p e d   t o   v a li d a te  th e   p e rf o rm a n c e   o th e   M M IC  d u rin g   st e a d y - sta te  o p e ra ti o n .   Th e   fi n d in g d e m o n s trate   sig n if ica n t   imp r o v e m e n ts  i n   e n e rg y   re c o v e ry   a n d   sto ra g e   c a p a b il it ies ,   u n d e rsc o rin g   t h e   p o ten ti a l   o th e   HES S   t o   su p p o rt  f u t u re   trac ti o n   p o we su b sta ti o n i n   a c h ie v in g   h ig h e e ffici e n c y   a n d   su sta in a b il it y .   K ey w o r d s :   B atter y   DC   r ailway   p o wer   s u b s tatio n   Hy b r id   en e r g y   s to r a g s y s tem   Mo d u lar   m u lti - in p u t c o n v e r ter   Su p er ca p ac ito r   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C h u en   L in g   T o h   I n s titu te  o f   Po wer   E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti T en ag Nasio n al   St.   I k r am - Un iten ,   4 3 0 0 0   Kaja n g ,   Selan g o r ,   Ma lay s ia   E m ail:  ch u en lin g @ u n iten . e d u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   D C   e le c t r i f i e d   r a i l wa y   s y s t e m   u s e d   t o   i n t e g r a t e   m u lt i - p u l s e   d io d e   r e c t i f i e r   t r a n s f o r m e r   s y s t em   t o   p o w e r   u p   t h e   r a i l w a y   n e t w o r k s .   T h e   m u l t i - p u l s e   d i o d e   r e c ti f i e r   t r a n s f o r m e r   s y s t e m   o f f e r s   l o w   d i s t o r tio n   t o   t h e   u t i l i t y   g r i d   [ 1 ] .   H o w e v e r ,   i t   al s o   b l o c k s   t h r e t u r n i n g   o f   t h e   b r a k i n g   e n e r g y   p r o d u c e d   b y   a   s t o p p i n g   t r a i n   t o   t h e   g r i d .   I n   o r d e r   t o   p r o p e r l y   d i s s i p a t e d   t h e   e x c e s s i v e   b r a k i n g   e n e r g y ,   a   s e t   o f   r e s i s t o r   b a n k   a r e   c o m m o n l y   i n s t a ll e d .   A s   a   r e s u l t ,   t h r e g e n e r a t i v e   b r a k i n g   i s   d i s s i p a te d   a s   h e a t   a t   a   s u b s t at i o n .   W it h   t h e   a i m   t o   a c h i e v e   s u s t a i n a b l d e v e l o p m e n t   g o a l ,   s o m e   r a i lw a y   c o m p a n i es   h a v e   p r o p o s e d   a n d   i n t e g r a t e d   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m   o n b o a r d   o f   t h e   t r a i n   v e h i c le   [ 2 ] ,   [ 3 ]   a s   w el l   a s   i n   a   t r a c ti o n   p o w e r   s u b s t a t i o n   ( T PS )   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   F i g u r 1   s h o w s   t h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   b r a k i n g   e n e r g y   f l o w s   b a c k   t o   o n b o a r d   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m   ( O E S S )   a n d   w a y s i d e   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m   ( W E S S ) .   T h OE SS   u s ed   to   m o u n t th e   b atter y   b an k s   a n d   th e   DC - DC   co n v er ter   o n   th e   tr ain   v e h icle.   T h er ef o r e,   th m ass   an d   v o l u m b ec o m th m ajo r   c o n s tr ain o f   th e   to tal  ca p ac ity   o f   OE SS .   So m liter atu r es  h ad   s u m m ar ized   th at  W E SS   i s   m o r p r ac tical  in   ter m   o f   co s ef f ec tiv en ess   f o r   en er g y   s av in g   [ 6 ] .   T h W E SS   ca n   b ea s ily   in teg r ated   to   th e x is tin g   T PS ,   wh er th e   en er g y   s to r ag s y s tem   m ay   ju s t b co n f ig u r ed   i n   p ar allel  to   th ex is tin g   r esis to r   b an k   as  s h o wn   in   Fig u r 1 .   T h W E SS   w ill  s er v as  v o ltag co m p en s ato r   an d   a   s ec o n d ar y   tr ac tio n   p o wer   s u p p ly   to   ac ce l er ate  tr ain s   f o r m   leav in g   p ass en g er   s tatio n .   f ield   test   r e s u lt  h ad   s h o wn   th at  a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J  Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 369 - 379   370   T PS   with   W E SS   m ay   s av en er g y   co n s u m p tio n   i n   th r a n g o f   1 5   3 0 ( ap p r o x i m ate  o f   7 0 0   k W h /d ay )   [ 4 ] .   W E SS   m ay   also   ac as  b ac k u p   p o wer   s u p p ly   to   c o n tin u e   m o v in g   tr ain   to   th n ea r est  p ass en g er   s tatio n   d u r in g   p o wer   o u ta g es.  I n   g en er al,   W E SS   co n s is ts   o f   th r ee   m ajo r   co m p o n e n ts ,   n am ely   en e r g y   s to r ag elem en ts ,   p o wer   co n v er ter   an d   c o n tr o ller s .   Su p er ca p ac ito r s   ( SC )   an d   elec tr o ch em ical  b atter ies  ar two   p o p u lar   ch o ices  o f   en er g y   s to r a g u s ed   i n   W E SS   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   T h ese  en er g y   s to r a g e s   o f f er   r a p id   ch a r g in g   p er f o r m an c to   s to r lar g am o u n o f   r e g en er ativ p o wer   in   s h o r t d u r atio n .   S u p e r c a p a c i t o r - b as e d   W E S S   wa s   f i r s t   b e e n   p r o p o s e d   a s   v o l t ag e   c o m p e n s a t o r   d u e   t o   a   t y p i c al   5 0 %   DC   v o l t a g e   d r o p   i s   m e as u r e d   a t   f i n a l   t r a i n   s t a ti o n .   A   h i g h - c a p a c i t y   a n d   h i g h - v o l u m e   S C   b a n k   i s   d e s i g n e d   t o   s o l v e   t h i s s u e   u s i n g   a   c o n v e n t i o n a l   b u c k - b o o s t   c o n v e r t e r   [ 9 ] .   S C   c ap a c i t y   a n d   p o s i t i o n i n g   o p t i m i za t i o n   a r e   t w o   m a j o r   r e s e a r c h   a r e as   f o r   S C - b as e d   W E S S   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   b a t t e r y - b a s e d   W E S S   h as   b ee n   w i d e l y   p r o p o s e d   a s   w el l .   B a t te r y   t e c h n o l o g y   s u c h   a s   SC iB   [ 4 ]   a n d   L i t h i u m - i o n   [ 1 2 ]   a r e   e m p l o y e d   i n   s o m e   p i l o t   p r o j e c ts   a t   T PS .   B i d i r e ct i o n a l   DC - D C   c o n v e r t e r   i s   t h e   k e y   c o n v e r t e r   t o   c h a r g e   a n d   d i s c h a r g e   t h e   b a tt e r y   b a n k .   I n t e r l e a v e d   b i d i r e c t i o n a l   DC - DC   c o n v e r t er   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ]   i s   o n e   o f   t h e   c o n v e n t i o n a l   t o p o l o g i e s   w i d el y   u s e d   i n   b a t t e r y - b a s e d   W E SS .   S o m e   r e c e n t   r e s e a r c h   w o r k s   h a d   a l s o   p r o p o s e d   z e r o - c u r r e n t   s w i tc h i n g   b i d i r e c t i o n al   D C - DC   c o n v e r t er   [ 1 5 ] ,   a n d   s e r i e s   c o m p e n s a ti o n   w i t h   f o u r - q u a d r a n t   c h o p p e r   i n   b a t t e r y - b a s e d   W E S S   a p p li c a ti o n s   [ 4 ] .   F i g u r e   2   s h o ws  t h e   b i d i r e c t i o n al   DC - DC   c o n v er t e r   c i r c u i t   c o n f i g u r a ti o n   u s e d   in   S C - b as e d   a n d   b a t t e r y - b a s e d   W E SS .   Sin ce   s u p er ca p ac ito r   h av h ig h er   d u r a b ilit y   with   f aster   r esp o n s tim wh ile  b atter y   o f f er s   h ig h   en er g y   an d   p o we r   d en s ities ,   co m b in at io n   o f   th ese  two   e n er g y   s to r ag es  in   W E SS   m ay   b an o th er   p o ten tial  s o lu tio n   f o r   f u tu r e   T PS .   T h is   h y b r id   c o n f ig u r atio n   h ad   b ee n   wid ely   a d o p ted   in   elec tr ic   ca r   en er g y   s t o r ag s y s tem   u s in g   m u lti - in p u t b id ir ec tio n al  DC - DC   co n v er ter   [ 1 6 ] - [ 2 6 ] .   T h u s ,   th is   p ap er   p r esen ts   an   an aly s i s   o f   im p lem en tin g   a   m o d u lar   m u ltip le - in p u b id ir e ctio n al  DC - DC   p o wer   co n v er ter   [ 1 7 ]   f o r   f u tu r e   T PS .   T h e   c ir cu it  to p o l o g y   an d   th o p e r atin g   p r in cip al   o f   th p r o p o s ed   c o n v e r ter   will  b e   p r esen ted   in   s ec tio n   2 .   Sectio n   3   p r esen ts   th e   s im u latio n   an aly s is   o f   th co n v er ter   an d   co n clu s io n   will b s u m m ar ized   in   s ec tio n   4 .           Fig u r 1 .   R eg en e r ativ b r a k in g   en er g y   f lo ws b ac k   to   o n b o a r d   en er g y   s to r ag s y s tem   ( OE S S)  an d   way s id en er g y   s to r a g s y s tem   ( W E SS )   at  tr ac tio n   p o wer   s u b s tatio n   ( T PS )           ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   B id ir ec tio n al  DC - D C   co n v er ter   cir c u it p r o p o s ed   i n   W E SS :   ( a)   SC -   b ased   [ 9 ]   an d     ( b )   b atter y - b ased   [ 1 3 ]       2.   M UL T I - I NP U T   CO NVER T E CIR CUI T   O P E RA T I O N   AND  ANAL YSI S   T h h y b r id   en er g y   s to r ag s y s tem   ( HE SS )   p r o p o s ed   f o r   T P co n s is ts   o f   b atter y   an d   s u p e r ca p ac ito r .   b id ir ec tio n al  DC - DC   co n v er ter   ca n   b im p lem en ted   t o   en ab le  p o wer   tr an s f e r r ed   b et wee n   th ese  en er g y   s to r ag elem en ts   an d   th DC - lin k   o f   th tr ac tio n   p o wer   s u b s tatio n .   W h en   th r ailway   v eh icle  is   b r ak in g ,     B ra k i n g  T ra i n + _ V dc T P S   w i t W E S S T P S   w i t ho ut   W E S S W E S S O E S S Bra ki ng  R e s i s t or B ra k i n g   E ne rg y   C f L S 3 S 4 V dc + _ S 1 S 2 S 5 S 6 L f B at t e r y C f L V dc + _ S 1 S 2 L f C SC   C f L S 3 S 4 V dc + _ S 1 S 2 S 5 S 6 L f B at t e r y C f L V dc + _ S 1 S 2 L f C SC Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d u la r   mu lti - in p u t c o n ve r ter d esig n   fo r   h yb r id   e n erg s to r a g s ystem  u s ed     ( C h u en   Li n g   To h )   371   ex ce s s iv r eg en er ativ p o wer   ca n   b s to r ed   i n to   th HE SS .   C o n s eq u en tly ,   th is   p o wer   ca n   b d eliv er ed   b ac k   to   th DC - lin k   wh en   th e   r ailway   v eh icle  is   ac ce ler atin g .   Fig u r e   3   p r esen ts   th cir c u it  o f   th m o d u lar   m u lti - in p u co n v er ter   ( MM I C ) .   T h r ee   s et  o f   h alf - b r id g e   p o wer   m o d u les  ar u s ed   to   f o r m   th MM I C ,   n am ely   P 1 P 2 ,   a n d   P 3 .   E ac h   p o wer   m o d u le  is   co n f ig u r ed   with   s er ies  co n n ec te d   p o wer   s witch es,  S ui   ( u p p e r   s witch )   an d   S li   ( lo we r   s witch ) .   T h b atter y ,   s u p e r ca p ac ito r   an d   t h DC - lin k   n etw o r k   ter m in al  a r co n n ec ted   p a r allel  to   ea ch   o f   th e   h alf   b r id g e   p o wer   m o d u le.   I n d u cto r   L 1   an d   L 2   ar e   u s ed   to   in t er co n n ec t   th e   en er g y   s to r ag e   e lem en ts   to   th e   DC - lin k   as  s h o wn   i n   Fig u r e   3 .   T h i s   m o d u lar   d esig n   g iv es  f u ll  f le x ib ilit y   f o r   f u t u r e n er g y   s to r a g ex p a n s io n .   T h p o wer   ca n   b t r an s f er r e d   b et wee n   th DC - lin k   an d   th H E SS   b y   co n tr o llin g   t h co n d u ctio n   o f   ap p r o p r iate  p o wer   s witch es.  T ab le  1   s h o th m ain   o p e r atio n   m o d es  o f   t h MM I C   with   s witch in g   d u ty   r atio   f o r   ea ch   p o wer   s witch .   I n   g en e r al,   o p e r atin g   m o d aim s   to   s to r e   th r e g e n er ativ b r a k in g   e n er g y   to   t h e   HE SS ,   wh ile  m o d B   en ab les  th e n er g y   tr a n s f er   f r o m   HE SS   to   ac ce ler ate  a   d e p a r tin g   tr ain .   Op e r atin g   m o d e   C   an d   D   ar d esig n ed   to   im p r o v th b atter y   life s p an .   T h d etails o f   ea ch   o p er atin g   m o d will b f u r th er   ela b o r a ted   in   th f o llo win g   s u b - s ec tio n s .   All p o wer   s em ico n d u ct o r s   ar ass u m ed   id ea l a n d   id en tical  in d u ctan ce s   ar e m p lo y ed .           Fig u r 3 .   Mo d u lar   m u lti - in p u t c o n v er te r   ( MM I C )   cir cu it       T ab le  1 .   Switch in g   d u ty   c y cle  o f   p o wer   s witch es f o r   d if f e r en t o p er atin g   m o d es   M o d e   O p e r a t i o n   S u1   S l1   S u2   S l2   S u3   S l3   A   DC - l i n k   c h a r g e s   t h e   b a t t e r y   a n d   su p e r c a p a c i t o r   D A1     D A1   D A2     D A2   1   0   B   B a t t e r y   a n d   s u p e r c a p a c i t o r   d r i v e   t h e   DC - l i n k     D B1   D B1   D B2     D B2   D B1     D B1   C   B a t t e r y   d r i v e t h e   s u p e r c a p a c i t o r   0   0   1   0     D C   D C   D   S u p e r c a p a c i t o r   d r i v e s t h e   b a t t e r y     0   0   1   0   D D     D D       2 . 1 .     P o wer   t ra ns f er   f r o m   DC - lin k   t o   bo t h e nerg y   s t o ra g elem ent s   T h e   DC - l i n k   v o l t a g e ,   V dc ,   i s   d ef i n e d   a s   i n p u t   s o u r c e   t o   t h e   MM I C   i n   o p e r a t i n g   m o d e   A .   T h e   c o n v e r t e r   i s   c o n t r o l l e d   t o   c h a r g e   t h e   b a t t e r y   a n d   s u p e r c a p a c i t o r .   I t   i s   e x p e c t e d   t h a t   t h e   b r a k i n g   p o w e r   o f   a   t r a i n   c a n   b e   m u c h   h i g h e r   t h a n   t h e   b at t e r y   s t o r a g c a n   a b s o r b ,   t h e r e f o r e   t h e   s u p er c a p a c i t o r   is   p r o p o s e d   f o r   T PS   t o   c a p t u r a s   m u c h   a s   t h e   r e g e n e r a ti v e   p o w e r .   Fi g u r e   4   s h o ws   t h e   e q u i v al e n t   ci r c u i t   o f   t h e   c o n v e r t e r   f o r   t h r e d i f f e r e n t   s w i tc h i n g   i n t e r v a l s .   Fi g u r e   5   il l u s t r a t es   t h e   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   w a v e f o r m s   o f   i n d u c t o r s   L 1   a n d   L 2   a li g n e d   w i t h   t h e   s wi t c h i n g   e v e n t s   f o r   a l l   t h e   o p e r a t i n g   m o d e s B y   r e f e r r i n g   t o   F i g u r e   5 ( a ) ,   i t   i s   h i g h l i g h t e d   t h a t   t h e   u p p e r   a n d   l o w e r   p o w e r   s w it c h e s   i n   e a c h   p o w e r   m o d u l m u s t   b e   c o n t r o l l e d   c o m p le m en t a r y   i n   o p e r a t i n g   m o d e   A   a s   l is t e d   i n   T a b le   1 .   Un d er   s tead y - s tate  o p er atio n ,   all  en er g y   s to r ag elem e n ts   ( in d u cto r s ,   b atter y ,   an d   s u p er ca p ac ito r )   ar e   r ec eiv in g   ch ar g ed   f r o m   th DC - lin k   n etwo r k   d u r in g   T 1   in ter v al.   T h ch ar g in g   ev en ts   ar s h o wn   with   p o s itiv e   s lo p o f   in d u cto r s   c u r r en t,   i L1 ,   an d   i L2   b ein g   d e p icted .   Po wer   s witch   S u1   is   tr ig g e r ed   o f f   d u r i n g   T 2   i n ter v al,   as  a   r esu lt  in d u cto r s   L 1   an d   L 2   s tar to   r elea s th eir   s to r ag en er g ie s   to   b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r   r esp ec tiv ely .   L astl y   b y   tu r n in g   o f f   p o wer   s witch   S u2   d u r in g   T 3   in ter v al,   th b atter y   is   s to p   ch ar g in g   with   in d u cto r   cu r r en i L1   r em ain s   at  its   m in im u m   cu r r e n lev el  u n til  n ex s witch in g   cy cle   is   in itiated .   Ho wev er ,   th e   s u p er c ap ac ito r   co n tin u o u s   r ec eiv ed   ch ar g ed   f r o m   L 2   th r o u g h o u T 3   in ter v al.   T o   s im p lify   th an aly s is ,   th r ip p le  in d u cto r   cu r r en ts   o f   L 1   an d   L 2   is   d er iv ed   i n   ter m   o f   its   p o s itiv e,   1 + , 2 + ,   an d   n eg ativ s lo p s   1 , 2 ,   as  ( 1 )   an d   ( 2 ) .     1 + = (   ) 1 1    ;     1 = (  ) 1 ( 2 1 )    ( 1 )     2 + = (   ) 2 1    ;       2 = (  ) 2 ( 1 1 )    ( 2 )     B y   ass u m in g   th n et  ch a n g in   ea ch   in d u cto r   cu r r en o v er   o n p er io d   is   ze r o ,   i.e .   ( 3 )   a n d   ( 4 ) .     V Bt C dc S u2 S l2 V dc + _ S u1 S l1 S u3 S l3 L 2 L 1 B at t e r y Sup e r c apa c i t or A B C P 1 P 2 P 3 V sc + _ M M I C DC - l i nk N e t w or k Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J  Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 369 - 379   372   1 + + 1 = 0   ( 3 )     2 + + 2 = 0   ( 4 )     T h r elatio n   b etwe en   DC - lin k   v o ltag e,   V dc ,   b atter y   v o ltag e,   V Bt ,   an d   s u p er ca p ac ito r   v o ltag e,   V SC ,   ca n   b e   g en er ally   f o r m u la r ized   as   ( 5 )   an d   ( 6 ) .      = ( 1 2 )    ( 5 )      = 1    ( 6 )           ( a)   ( b )     ( c)     Fig u r 4 .   E q u iv alen t c ir c u it o f   o p er atin g   m o d es A  f o r   d i f f er e n t switch in g   in ter v al :   ( a)   T 1 ,   ( b )   T 2 ,   an d   ( c)   T 3       2 . 2 .     P o wer   t ra ns f er   f r o m   bo t h e nerg y   s t o ra g e   elem ent s   t o   DC - lin k     I n   o r d er   to   ac ce ler ate  tr ain   f r o m   p ass en g er   s tatio n ,   th u tili ty   g r id   n ee d s   to   s u p p ly   ex ce s s iv p o wer   to   th T PS .   I f   T PS   is   eq u ip p ed   with   HE SS ,   b o th   th b att er y   an d   s u p er ca p ac ito r   en er g i es  ca n   b in jecte d   to   th DC - lin k   n etwo r k   ( o p er atin g   m o d B ) .   T h s witch in g   s tates  o f   th is   o p er atin g   m o d is   il lu s tr ated   in   Fig u r e   5 ( b )   with   its   eq u i v alen cir cu it s   p r esen ted   in   Fig u r e   6 .   B o th   i n d u cto r s   L 1   an d   L 2   ar b ein g   c h ar g ed   b y   th e   b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r   d u r i n g   T 1   in ter v al  as  s h o wn   in   Fig u r 6 ( a) .   I n d u ct o r   cu r r en ts   ar in cr e asin g   g r ad u ally .   As  p o wer   s witch   S u2   is   tr ig g er ed   o f f   in   T 2   in ter v al  ( Fig u r 6 ( b ) ) ,   th in d u cto r   L 1   h o ld s   its   cu r r en at  its   m ax im u m   cu r r en lev el.   W h er ea s ,   in d u ct o r   L 2   is   b ein g   ch ar g ed   co n tin u o u s ly   th r o u g h o u T 2   in ter v al.   T h s u p er ca p ac ito r   is   s to p p ed   f r o m   d eliv e r in g   its   en er g y   wh e n   S u3   is   tr ig g er ed   o f f   in   T 3   in ter v al  as  s h o wn   i n   Fig u r 6 ( c ) .   B o th   in d u cto r s   will  r elea s th ei r   p r e - s to r ag ch a r g es  to   th DC - lin k   ter m in al   d u r i n g   T 3   i n ter v al.   T h r elatio n   b etwe en   DC - lin k   v o ltag e,   V dc ,   b atter y   v o ltag e,   V Bt ,   an d   s u p e r ca p ac it o r   v o ltag e,   V SC ,   ca n   b e   g en e r a lly   f o r m u lar ized   as  f o llo ws   u s in g   th s am ap p r o ac h   p r es en ted   in   s ec tio n   2 . 1   ( th n et  ch an g in   ea ch   in d u ct o r   cu r r e n o v er   o n e   p er io d   is   ze r o ) .      = ( 2 1 1 )    ( 7 )      = ( 1 1 1 )    ( 8 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d u la r   mu lti - in p u t c o n ve r ter d esig n   fo r   h yb r id   e n erg s to r a g s ystem  u s ed     ( C h u en   Li n g   To h )   373     ( a)   ( b )     ( c )   ( d )     Fig u r 5 .   S tead y - s tate  wav ef o r m s   an aly s is   o f   o p er atin g   m o d e s :   ( a)   A,   ( b )   B ,   ( c )   C ,   an d   ( d )   D           ( a)   ( b )     ( c)     Fig u r 6 .   E q u iv alen t c ir c u it o f   o p er atin g   m o d es B   f o r   d if f e r e n t switch in g   in ter v al :   ( a)   T 1 ,   ( b )   T 2 ,   an d   ( c)   T 3       2 . 3 .     P o wer   t ra ns f er   f r o m   ba t t er y   t o   s up er ca pa cit o r   O p e r a t i n g   m o d e   C   m a i n l y   a i m s   t o   d i s c h a r g e   t h e   b a t t e r y   e n e r g y   t o   t h e   s u p e r c a p a c i t o r .   A s   l is te d   i n   T a b l e   1 ,   t h e   p o w e r   m o d u l e ,   P 3 ,   w i l l   b e   s w it c h e d   a c c o r d i n g l y   w i t h   a   d u t y   r a t i o ,   D c ,   t h r o u g h o u t   t h i s   o p e r a t i o n   m o d e .   I t   i s   h i g h l i g h t e d   t h a t   S u1 S l1 ,   a n d   S l2 ,   a r e   p e r m a n e n t l y   p o w e r i n g   o f f ,   w h e r e a s   S u2   w i l l   c o n s t a n tl y   b e   t u r n e d   o n .   F i g u r e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J  Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 369 - 379   374   7 ( a )   a n d   7 ( b )   c l e a r l y   i n d i c at e   th e   c u r r e n t   p a t h s   o f   t h i s   o p e r at in g   m o d e .   B y   t u r n i n g   o n   S l3 ,   d u r i n g   T 1   i n te r v a l ,   t h b a t t e r y   c h a r g e s   t h e   i d e n t i c al   i n d u c t a n c e s   L 1   a n d   L 2 .   R e f e r r i n g   t o   F i g u r e   5 ( c ) ,   t h e   b a t t e r y   v o l t a g e   i s   d i v i d e d   i n   h a l f   b y   t h e   i n d u c t a n c es   r es u l t i n g   w it h   t h e   s l o p e   o f   t h b a t t e r y   d i s ch a r g i n g   c u r r e n t   a ls o   b e i n g   m o r e   l e n i e n t .   W h e n   t h u p p e r   s w i t c h ,   S u3 ,   is   s w i t c h i n g   o n   d u r i n g   T 2   i n t e r v a l ,   t h e   s u p er c a p a c i t o r   r e c ei v e s   c h a r g e   f r o m   b a t t e r y   a s   w e ll   as  t h e   i n d u c t a n c es .   B y   a s s u m i n g   th e   n e t   c h a n g e   i n   e a c h   i n d u c t o r   c u r r e n t   o v e r   o n e   p e r i o d   i s   z e r o ,   t h e   r e l a ti o n   b e t w e en   V sc   a n d   V Bt   c a n   b e   e x p r es s e d   as  ( 9 ) .   T h e   ( 9 )   c l e a r l y   s h o w s   t h a t   t h e   M M I C   i s   o p e r at i n g   i n   b o o s t i n g   m o d e .      = ( 1 1 )    ( 9 )     2 . 4 .     P o wer   t ra ns f er   f r o m   s u perc a pa cit o t o   ba t t er y   T h MM I C   is   co n tr o lled   as  b u ck   co n v er ter   to   ch a r g th b at ter y   with   th s u p er ca p ac ito r   i n   o p er atin g   m o d D.   Po wer   m o d u les   P 1   a n d   P 2   ar s et  s im ilar ly   t o   o p e r atin g   m o d C   wh ile   p o wer   m o d u le,   P 3 ,   will  b e   s witch ed   ac co r d in g l y   with   d u ty   r atio ,   D D ,   as  s h o wn   in   Fig u r es  7 ( c)   a n d   7 ( d ) .   T h e   s u p er c ap ac ito r   r elea s es   it  ch ar g es  to   i n d u ctan ce s   a n d   b atter y   b y   s witch in g   o n   S u3   th r o u g h o u T 1   in ter v al.   T h e   s u p er ca p ac ito r   is   d is co n n ec ted   wh e n   th lo wer   s witch ,   S l3 ,   is   tr ig g er ed   on .   T h in d u ctan ce   c u r r en is   f r ee wh ee lin g   th r o u g h   t h e   cir cu it  in   T 2   in ter v al  s h o win g   n eg ativ cu r r en s lo p as  p r e s en ted   in   Fig u r 5 ( d ) .   B y   ass u m in g   th n et  ch a n g e   in   ea ch   in d u cto r   c u r r en o v er   o n p er i o d   is   ze r o ,   th r elatio n   b etwe en   V sc   an d   V Bt   ca n   b ex p r ess ed   as ( 1 0 ) .      =    ( 1 0 )           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 7 .   E q u iv alen t c ir c u it o f   o p er atin g   m o d es C   an d   D :   ( a)   m o d C   s witch in g   in ter v al   T 1 ,   ( b )   m o d C   s witch in g   in ter v al   T 2 ,   ( c)   m o d s witch in g   in ter v al   T 1 ,   an d   ( d )   m o d C   s witch in g   in ter v al  T 2       3.   SI M UL A T I O A ND  ANA L YSI S   I n   o r d e r   t o   a n al y ze   t h o p e r at i o n   m o d es  o f   MM I C   f o r   f u t u r T PS ,   s i m u la ti o n   m o d el  as   s h o w n   i n   Fig u r 8   is   d e v el o p ed   u s in g   M AT L AB /Si m u li n k .   T h o p er at io n   o f   t r a in   v eh icl is   m o d el led   b y   t h T r a cti o n   Mo d e   c o n t r o b l o c k .   B y   s ett in g   th tr ac t io n   m o d e   c o n t r o b l o ck   wit h   l o g ic   1 ,   t h e   RL - lo ad   will   b co n n e ct ed   t o   th e   DC - l in k   t er m i n a s h o wi n g   a   m o to r i n g   t r ai n   c o n s u m i n g   e lect r i ca l   p o we r .   L i k e wis e ,   i f   r eg en er ati v b r a k i n g   en er g y   is   s u p p l y i n g   to   t h e   DC - lin k   te r m in al ,   t h DC - v o lta g e   s o u r ce   wil b e   e n a b l ed ,   ( T r ac t i o n   M o d e   =   0 ) .   T h h y b r i d   e n e r g y   s to r a g el em en t s   ( b att er y   a n d   s u p e r ca p a cit o r )   p r o p o s e d   i n   th is   s im u l ati o n   w o r k ,   a r e   ass u m e d   t o   s u p p o r a   t o ta e n e r g y   r eq u i r e m e n o f   5 0 0   k W h .   Ass u m t h at ,   5 0   k W h   o f   en e r g y   w ill  b e   s t o r ed   in   s u p e r c a p ac it o r   wh i le   t h e   r e m ai n i n g   e n e r g y   wi ll  b e   s t o r e d   b y   t h e   b a tte r y   f o r   l o n g er - d u r ati o n   p o we r   s u p p l y .   T a b le   2   s u m m a r iz e s   th e   H E SS   s im u l ati o n   p ar am et e r s .   T h MM I C   p r o p o s e d   i n   t h i s   s im u lati o n   is   ass u m ed   r at e d   at  6   MV A,   1 5 0 0   V   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d u la r   mu lti - in p u t c o n ve r ter d esig n   fo r   h yb r id   e n erg s to r a g s ystem  u s ed     ( C h u en   Li n g   To h )   375   m ai n l y   t o   h a n d le   t h e   p e ak   p o wer   d e m a n d s   a n d   s h o r b u r s t s   o f   e n er g y   to   an d   f r o m   th e   s u p e r ca p ac i to r .   T h s witc h i n g   f r e q u e n c y   is   s et   t o   5   k Hz .   T h is   p a p e r   o n l y   f o c u s es   o n   th s te ad y - s ta te   a n a ly s is   o f   t h M MI C   o p er ati o n .   F i g u r e s   9 ( a )   a n d   9 ( b )   s h o w   t h e   s i m u l at i o n   r e s u lt s   w h e n   t h e   r e g e n e r a t i v e   p o w e r   ( t r a ct i o n   m o d e   =   0 )   i s   t r a n s m i tt e d   t o   c h a r g e   t h e   b a t t e r y   a n d   s u p e r c a p a c i t o r   r e s p e c t i v el y .   T o   f u r t h e r   a n a l y z e   t h e   s t e a d y   s t a t e   o p e r a t i o n   o f   M M I C   i n   m o d e   A ,   t h e   d u t y   c y c l e s   o f   p o w e r   s w i tc h e s   S 1 S 3 ,   an d   S 5   a r e   s e t   a s   4 5 % ,   6 5 % ,   a n d   1 0 0 %   a c c o r d i n g l y   w i t h   b o t h   t h e   i n it i al   s t a t e - of - c h a r g e   ( S o C )   f o r   b o t h   b a t t e r y   a n d   s u p e r c a p a c i t o r   a r e   s et   t o   4 0 % .   A s   s h o w n   i n   F i g u r 9 ( a )   w h e n   p o w e r   s w it c h e s   S 1   an d   S 3   a r e   t u r n e d   o n   s i m u l t a n e o u s l y ,   t h e   b at t e r y   i s   c h a r g e d   t o   p e a k   c u r r e n t   o f   6 0 0   A .   B y   t u r n i n g   o f f   S 1 ,   t h e   b a t t e r y   c u r r e n t   i s   t h e n   c i r c u l a t i n g   t h r o u g h   t h e   b a t t e r y   a n d   i n d u c t a n c e   L 1   f o r   a b o u t   2 0 %   o f   t h e   s w it c h i n g   i n t e r v al .   T h e   b a t t e r y   is   t h e n   d i s c o n n e c t e d   f r o m   L 1   b y   t r i g g e r i n g   o f f   S 3   f o r   t h e   l a s t   3 5 %   o f   t h s w it c h i n g   i n t e r v a l .   T h i s   s wi t c h in g   s c h e m e   m a n a g e s   t o   r e g u l a t t h e   c h a r g i n g   c u r r e n t   at   a n   a v e r a g e   o f   a b o u t   4 0 0   A .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   s u p e r c ap a c i t o r   is   f u l l y   c o n n e ct e d   t o   t h D C   l i n k   t h r o u g h o u t   m o d e   A .   A s   S 5   i s   b ei n g   t u r n e d   o n   c o n t i n u o u s l y ,   p o w e r   s w it c h   S 1   b e c o m e s   t h e   d o m i n a n t   s w i tc h   t o   c o n t r o l   t h e   s u p e r c a p a c it o r   c h a r g i n g   c u r r e n t .   F i g u r e   9 ( b )   c l ea r l y   s h o w s   th e   M M I C   is   o p e r a t e d   i n   b u c k   c o n v e r s i o n   m o d e   b e tw e en   t h e   DC - l i n k   a n d   s u p e r c a p a c i t o r .   B y   s w it c h i n g   o n   S 1 ,   t h e   s u p e r c a p a c i t o r   i s   c h a r g e d   t o   p e a k   c u r r e n t   o f   2 1 6 0   A .   W h e n   S 1   i s   t r i g g e r e d   o f f   a t   t h e   e n d   o f   t h e   s wi t c h i n g   c y c l e ,   t h e   c h a r g i n g   c u r r e n t   r e d u c e s   t o   2 0 7 0   A .   T h e   h y b r id   en er g y   s to r a g m a y   ac as  s ec o n d ar y   s u p p ly   t o   m in im ize  t h u tili za tio n   o f   g r id   p o wer   wh en   a   tr ain   is   ac ce ler atin g   ( tr ac tio n   m o d =   1 ) .   Fig u r es   9 ( c)   an d   9 ( d )   p r esen t   th s tead y - s tate  s im u latio n   r esu lts   o f   th e   HE SS   d is ch ar g in g   ev en t s   v ia  th co n tr o l   o f   MM I C .   As s u m in g   th at  t h in itial  So C   f o r   b o th   h y b r i d   s to r ag e   elem en ts   is   9 6 %.  Po wer   s witch es  S 3 ,   an d   S 5   a r co n tr o lled   w ith   d u ty   cy cle  o f   3 5 an d   5 5 %.  Po wer   s witch   S 1   m u s b to g g le d   co m p lem en t ar ily   to   S 5   th r o u g h o u o p e r atin g   m o d B .   T h e   e n er g y   in s id th b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r s   a r tr a n s f er r ed   to   i n d u ctan c es,  L 1 ,   a n d   L 2   b y   t u r n in g   o n   s witch es  S 3 ,   an d   S 5 .   W h en   p o wer   s witch   S 1   is   tu r n ed   o n ,   th DC - lin k   will  r ec eiv en er g y   s u p p ly   f r o m   L 1 ,   an d   L 2 .   T h p ea k   d is ch ar g in g   c u r r en o f   th e   b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r   ar r ec o r d e d   at  7 8 0   an d   2 . 5   k ap p r o x im ately .   I n   o r d er   to   v alid ate  th e   en er g y   tr an s f er   b etwe en   th e   b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r ,   p o wer   s witch es  S 1 S 2 an d   S 4   s h o u ld   b p er m an e n tly   tu r n ed - o f f ,   wh ile  S 3   m u s alw ay s   tr ig g er ed   o n .   I n   o p er atin g   m o d C ,   th e   in itial  So C   o f   th b atter y   an d   s u p er c ap ac ito r   ar s et  to   9 6 an d   4 0 as  s h o wn   in   Fig u r es  1 0 ( a )   an d   1 0 ( b ) .   Po wer   s witch es  S 5   an d   S 6   ar tr ig g e r e d   co m p lem e n tar y   with   d u ty   cy cle  o f   4 5 %,  th m eth o d o lo g y   is   to   b o o s u p   t h b atter y   v o ltag e   in   o r d er   to   ch ar g th e   s u p er ca p ac ito r .   Peak   d is ch ar g in g   cu r r e n o f   t h b atter y   m ay   r ea c h   7 1 5   A .   C o n v er s ely ,   in   o r d er   to   r e v e r s th p o wer   f lo w,   Po wer   s witch es  S 5   an d   S 6   ar co n tr o lled   to   s tep   d o wn   s u p er ca p ac ito r   v o ltag e   in   o r d e r   to   ch ar g th e   b atter y .   Fig u r e s   1 0 ( c)   an d   1 0 ( d )   s h o th e   s im u latio n   r esu lts   o f   m o d o p er atio n   with   a   d u t y   cy cle  s et  to   7 0 %.  T h in iti al  s tate  o f   b atter y   is   ass u m ed   as  4 0 wh ile  th e   s u p er ca p ac ito r   is   s et  to   9 6 %.   T h b atter y   c h ar g in g   c u r r en t   i s   co n tr o lled   with   a n   a v er ag e   o f   3 8 6   A   with   a   r ip p le  cu r r en o f   2 8   A.   T h is   is   m ain l y   d u t o   th f ilter in g   ef f ec o f   id en tical  in d u ctan ce s ,   L 1   an d   L 2           Fig u r 8 .   Simu latio n   m o d el  o f   th m o d u lar   m u lti - in p u t c o n v er ter   ( MM I C )       T ab le  2 .   Simu latio n   p ar am eter s   o f   th HE SS   in   DC   tr ac tio n   p o wer   s u b s tatio n   Tr a i n   o p e r a t i o n   mo d e l l i n g   [ 2 6 ]   Li t h i u m - i o n   ba t t e r y   m o d u l e ,   1 0 0 A h ,   3 . 6   V   S u p e r c a p a c i t o r   M a x w e l l   B C A P 3 0 0 0 ,   2 . 7   V   B r a k i n g   Tr a i n ,   V dc   1 8 5 0   V   N o mi n a l   v o l t a g e   1 5 0 0   V   To t a l   n o m i n a l   v o l t a g e   1 5 0 0   V   M o t o r i n g   Tr a i n ,   R   0 . 2     C - r a t e d   p e r - s t r i n g   4C   To t a l   c a p a c i t a n c e   1 6 0   F   M o t o r i n g   Tr a i n ,   L   0 . 7 5   mH   N u mb e r   o f   seri e s - c o n n e c t e d   mo d u l e s   4 1 7   N u mb e r   o f   seri e s - c o n n e c t e d   c e l l s   5 5 6   DC - l i n k   C a p a c i t a n c e ,   C dc   1   mF   N u mb e r   o f   p a r a l l e l   s t r i n g s   3   N u mb e r   o f   p a r a l l e l   s t r i n g s   30   I n d u c t o r ,   L 1   1   mH   I n d u c t o r ,   L 2   1   mH   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J  Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 369 - 379   376   ( a)     ( b )     ( c)     ( d )       Fig u r 9 .   Simu latio n   r esu lts   f o r   ( a)   b atter y   ch ar g in g   i n   m o d A,   ( b )   s u p e r ca p ac ito r   c h ar g i n g   in   m o d e   A,   ( c)   b atter y   d is ch ar g in g   in   m o d B ,   an d   ( d )   s u p er ca p ac ito r   d is ch ar g in g   in   m o d B   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       Mo d u la r   mu lti - in p u t c o n ve r ter d esig n   fo r   h yb r id   e n erg s to r a g s ystem  u s ed     ( C h u en   Li n g   To h )   377   ( a)     ( b )     ( c)     ( d )       Fig u r 1 0 .   Simu latio n   r esu lts   f o r   ( a)   b atter y   d is ch ar g in g   in   m o d C ,   ( b )   s u p er ca p ac ito r   ch ar g in g   in   m o d C ,   ( c)   b atter y   c h ar g i n g   in   m o d D,   an d   ( d )   s u p er ca p ac ito r   d is ch ar g in g   in   m o d D   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J  Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   1 Ma r c h   20 25 369 - 379   378   4.   CO NCLU SI O N   So m tr ac tio n   p o wer   s u b s tatio n s   h ad   b ee n   r etr o f itted   with   b atter y - b ased   way s id e   en er g y   s to r ag e   s y s tem   ( W E SS ) .   Ho wev er ,   d e p en d s   o n   th ca p ac ity   o f   th W E SS ,   s o m b r ak in g   p o wer   m ay   s till   b d is s ip ated .   T h u s ,   th is   p a p er   p r esen ts   s tu d y   o f   in teg r atin g   h y b r id   e n er g y   s to r ag e   s y s tem   ( HE SS )   f o r   f u tu r tr ac tio n   p o wer   s u b s tatio n .   T h p r o p o s ed   HE S S c o n s is ts   o f   b atter y   an d   s u p e r ca p ac ito r   to   ca p t u r th b u lk   r eg en er ativ p o wer .   m o d u lar   m u lti - in p u co n v er ter   ( MM I C )   wh ich   e n ab les  b i d ir ec tio n al  p o wer   f lo w   b etwe en   th tr ac tio n   DC - lin k ,   b atter y   an d   s u p er ca p ac i to r   is   m o d elled   a n d   s im u late d   f o r   s tead y - s tate  an aly s is .   T h M MI C   ca n   b e   co n tr o lled   i n   b o o s an d   b u c k   c o n v er s io n   to   ca ter   f o r   d if f e r en v o ltag lev el  o f   s u p p lies .   T h cir cu it  an aly s is   o f   th MM I C   f o r   f o u r   o p er atio n   m o d es  h ad   b ee n   p r esen ted   a n d   v alid ated   th r o u g h   s im u lati o n .   T h s im u latio n   r esu lts   p r o v th at  s u p e r ca p ac it o r   ca n   q u ick ly   ca p tu r a n d   s to r th en er g y   g e n er ated   b y   b r ak in g   tr ain   i n   m o d A.   Du r in g   th ac ce ler atio n   o f   tr ain ,   th s u p er ca p ac ito r   p r e v en ts   th d ee p   d is ch ar g es  an d   h ig h   cu r r en s p ik es  o f   b atter y   in   m o d B .   L astl y   in   m o d C   an d   D,   th MM I C   c an   b co n tr o lled   to   r ed u ce   d ep th   o f   d is ch ar g f o r   th b atter y   b y   p r o v id i n g   b u f f er   f o r   e n er g y   d em a n d s   with   th h elp   o f   s u p er ca p ac ito r .       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h au th o r s   ar p leased   to   ex p r ess   th eir   ap p r ec iatio n   to   th U n iv er s iti  T en ag Nasio n al  f o r   s p o n s o r in g   th B OL R ef r esh   2 0 2 5   to   c o n d u ct  th is   r esear ch .   Pro ject  co d e:  J 5 1 0 0 5 0 9 5 6 .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   S .   A .   A ssef a   a n d   A .   B .   K e b e d e ,   H a r mo n i c   a n a l y s i o f   t r a c t i o n   p o w e r   s u p p l y   s y s t e m :   c a se  st u d y   o f   A d d i s Ab a b a   l i g h t   r a i l   t r a n s i t ,   I ET El e c t r i c a l   S y st e m i n   T r a n s p o r t a t i o n ,   n o .   M a y ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / e l s2 . 1 2 0 1 9 .   [ 2 ]   G .   A .   M .   N a su t i o n ,   M .   M a t s u mo t o ,   a n d   M .   H a g i w a r a ,   B i d i r e c t i o n a l   C h o p p e r   W i t h   S i n g l e - C e l l   A u x i l i a r y   F u l l - B r i d g e   C o n v e r t e r   f o r   O n b o a r d   B a t t e r y   E n e r g y   S t o r a g e   S y st e m,”   I EEE   T r a n s a c t i o n o n   P o w e E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 9 ,   n o .   8 ,   p p .   1 0 0 2 1 1 0 0 3 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPEL. 2 0 2 4 . 3 3 9 2 9 2 3 .   [ 3 ]   R .   M a o ,   J .   M i ,   Y .   S h a o ,   Z.   Y a n g ,   X .   M a ,   a n d   S .   Y a n g ,   C o o r d i n a t e d   En e r g y   M a n a g e m e n t   S t r a t e g y   o f   O n b o a r d   En e r g y   S t o r a g e   S y st e i n   U r b a n   R a i l   Tr a n si t ,   i n   2 0 2 3   I EEE   6 t h   I n t e r n a t i o n a l   El e c t ri c a l   a n d   En e rg y   C o n f e re n c e ,   C I E EC   2 0 2 3 ,   2 0 2 3 ,   p p .   2 6 4 9 2 6 5 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C I EEC 5 8 0 6 7 . 2 0 2 3 . 1 0 1 6 5 8 5 7 .   [ 4 ]   N .   S a t a k e   e t   a l . ,   Tr a c t i o n   E n e r g y   S t o r a g e   S y s t e ms   a p p l i e d   w i t h   S C i B TM ,   i n   2 0 2 2   I n t e r n a t i o n a l   P o w e r   El e c t r o n i c s   C o n f e re n c e   ( I PEC - H i m e j i   2 0 2 2 -   EC C As i a ) ,   I EEE,   M a y   2 0 2 2 ,   p p .   1 1 1 3 1 1 1 9 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / I P EC - H i mej i 2 0 2 2 - EC C E 5 3 3 3 1 . 2 0 2 2 . 9 8 0 6 9 2 2 .   [ 5 ]   R .   F .   P .   P a t e r n o s t   e t   a l . ,   E n e r g y   S t o r a g e   M a n a g e m e n t   i n   S u p p o r t   o f   Tr o l l e y b u s   Tr a c t i o n   P o w e r   S y st e ms,   i n   2 0 2 2   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   Po w e El e c t r o n i c s,  El e c t r i c a l   D ri v e s ,   A u t o m a t i o n   a n d   Mo t i o n ,   S PEEDA 2 0 2 2 ,   2 0 2 2 ,   p p .   2 5 2 2 5 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S P EED A M 5 3 9 7 9 . 2 0 2 2 . 9 8 4 2 1 6 2 .   [ 6 ]   A .   D i   P a s q u a l e ,   E.   F e d e l e ,   D .   I a n n u z z i ,   a n d   M .   P a g a n o ,   C o n t r i b u t i o n   o f   W a y si d e   En e r g y   S t o r a g e   S y s t e ms   t o   S h o r t   C i r c u i t   C u r r e n t s   i n   D C   R a i l w a y   Tr a c t i o n   P o w e r   S y s t e ms,”   i n   2 0 2 2   I n t e rn a t i o n a l   P o w e E l e c t r o n i c C o n f e re n c e ,   I PEC - H i m e j i   2 0 2 2 - E C C E   As i a 2 0 2 2 ,   p p .   1 1 0 1 1 1 0 6 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / I P EC - H i me j i 2 0 2 2 - E C C E 5 3 3 3 1 . 2 0 2 2 . 9 8 0 7 0 3 0 .   [ 7 ]   A .   D .   F e m i n e ,   D .   G a l l o ,   C .   La n d i ,   a n d   M .   L u i s o ,   E n e r g y   R e c o v e r i n g   f r o R e g e n e r a t i v e   B r a k i n g   i n   D C   R a i l w a y   S y st e m,”   i n   2 0 2 3   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C l e a n   El e c t r i c a l   P o w e r,  I C C EP  2 0 2 3 ,   2 0 2 3 ,   p p .   8 1 8 8 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C EP 5 7 9 1 4 . 2 0 2 3 . 1 0 2 4 7 4 7 9 .   [ 8 ]   G .   G r a b e r ,   V .   C a l d e r a r o ,   V .   G a l d i ,   L .   I p p o l i t o ,   a n d   G .   M a ssa ,   I mp a c t   A s sessme n t   o f   En e r g y   S t o r a g e   S y s t e ms   S u p p o r t i n g   D C   R a i l w a y o n   A C   P o w e r   G r i d s ,   I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   1 0 ,   p p .   1 0 7 8 3 1 0 7 9 8 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 2 . 3 1 4 5 2 3 9 .   [ 9 ]   A .   R u f e r ,   D .   H o t e l l i e r ,   a n d   P .   B a r r a d e ,   A   s u p e r c a p a c i t o r - b a s e d   e n e r g y - st o r a g e   su b s t a t i o n   f o r   v o l t a g e - c o mp e n sa t i o n   i n   w e a k   t r a n s p o r t a t i o n   n e t w o r k s,”   2 0 0 3 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / P T C . 2 0 0 3 . 1 3 0 4 4 7 0 .   [ 1 0 ]   T.   R a t n i y o m c h a i ,   S .   H i l l ma n s e n ,   a n d   P .   Tr i c o l i ,   O p t i m a l   c a p a c i t y   a n d   p o si t i o n i n g   o f   s t a t i o n a r y   su p e r c a p a c i t o r s   f o r   l i g h t   r a i l   v e h i c l e   sy st e ms,   i n   2 0 1 4   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o s i u m   o n   P o w e r   E l e c t r o n i c s ,   El e c t r i c a l   D r i v e s,   A u t o m a t i o n   a n d   M o t i o n ,   S PEED AM   2 0 1 4 2 0 1 4 ,   p p .   8 0 7 8 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S P E ED A M . 2 0 1 4 . 6 8 7 2 0 1 9 .   [ 1 1 ]   V .   C a l d e r a r o ,   V .   G a l d i ,   G .   G r a b e r ,   a n d   A .   P i c c o l o ,   O p t i m a l   s i t i n g   a n d   si z i n g   o f   st a t i o n a r y   s u p e r c a p a c i t o r i n   a   m e t r o   n e t w o r k   u si n g   P S O ,   i n   Pr o c e e d i n g o f   t h e   I E EE  I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   I n d u st r i a l   T e c h n o l o g y ,   2 0 1 5 ,   p p .   2 6 8 0 2 6 8 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C I T. 2 0 1 5 . 7 1 2 5 4 9 3 .   [ 1 2 ]   N .   N a g a o k a   e t   a l . ,   P o w e r   c o m p e n s a t o r   u s i n g   l i t h i u m - i o n   b a t t e r y   f o r   D C   r a i l w a y   a n d   i t s s i m u l a t i o n   b y   E M TP,   i n   I EE Ve h i c u l a r   T e c h n o l o g y   C o n f e re n c e ,   2 0 0 6 ,   p p .   3 0 2 1 3 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / v e t e c s. 2 0 0 6 . 1 6 8 3 4 2 3 .   [ 1 3 ]   W .   K a w a mu r a ,   J.   K o n n o ,   a n d   A .   S u m i y a ,   1 0 0 0 k W   D C / D C   C o n v e r t e r   D e v e l o p me n t   f o r   D C   Tr a c t i o n   S t a t i o n a r y   B ESS   C o n si d e r i n g   V a r i o u O p e r a t i o n   P o w e r   P a t t e r n s,   i n   2 0 2 2   I n t e rn a t i o n a l   Po w e E l e c t r o n i c C o n f e re n c e ,   I PE C - H i m e j i   2 0 2 2 - E C C Asi a ,   2 0 2 2 ,   p p .   1 4 1 0 1 4 1 5 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / I P EC - H i mej i 2 0 2 2 - EC C E 5 3 3 3 1 . 2 0 2 2 . 9 8 0 7 1 9 6 .   [ 1 4 ]   H .   J.   A h m a d   a n d   M .   H a g i w a r a ,   I n t e r l e a v e d   B i d i r e c t i o n a l   C h o p p e r   w i t h   A u x i l i a r y   C o n v e r t e r f o r   D C   E l e c t r i c   R a i l w a y s ,   I EEE   T ra n s a c t i o n o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 6 ,   n o .   5 ,   p p .   5 3 3 6 5 3 4 7 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP EL. 2 0 2 0 . 3 0 3 1 6 6 8 .   [ 1 5 ]   K .   T e sa k i   a n d   M .   H a g i w a r a ,   C o n t r o l   a n d   E x p e r i m e n t a l   V e r i f i c a t i o n   o f   a   B i d i r e c t i o n a l   N o n i s o l a t e d   D C - D C   C o n v e r t e r   B a se d   o n   S w i t c h e d - C a p a c i t o r   C o n v e r t e r s,   I EEE  T ra n sa c t i o n o n   P o w e E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 6 ,   n o .   6 ,   p p .   6 5 0 1 6 5 1 2 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPE L. 2 0 2 0 . 3 0 4 0 0 7 0 .   [ 1 6 ]   P .   B h a t t a c h a r y y a ,   S .   G h o r a i ,   S .   S e n ,   a n d   S .   K .   G i r i ,   A   F l e x i b l e   N o n - I so l a t e d   M u l t i p o r t   C o n v e r t e r   t o   I n t e g r a t e   B a t t e r y   a n d   U l t r a c a p a c i t o r   f o r   El e c t r i c   V e h i c l e   A p p l i c a t i o n s,   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   C i r c u i t a n d   S y st e m I I :   Ex p ress   Bri e f s ,   v o l .   7 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 0 4 4 1 0 4 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC S I I . 2 0 2 2 . 3 2 1 7 8 4 4 .   [ 1 7 ]   A .   H i n t z ,   U .   R .   P r a s a n n a ,   a n d   K .   R a j a sh e k a r a ,   N o v e l   M o d u l a r   M u l t i p l e - I n p u t   B i d i r e c t i o n a l   D C D C   P o w e r   C o n v e r t e r   ( M I P C )   f o r   H EV / F C V   A p p l i c a t i o n ,   I EEE  T r a n sa c t i o n o n   I n d u s t ri a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   6 2 ,   n o .   5 ,   p p .   3 1 6 3 3 1 7 2 ,   M a y   2 0 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 1 4 . 2 3 7 1 7 7 8 .   [ 1 8 ]   Y .   D a sari ,   D .   R o n a n k i ,   a n d   S .   S .   W i l l i a ms o n ,   A   S i mp l e   T h r e e - Le v e l   S w i t c h i n g   A r c h i t e c t u r e   t o   E n h a n c e   t h e   P o w e r   D e l i v e r y   D u r a t i o n   o f   S u p e r c a p a c i t o r   B a n k i n   El e c t r i f i e d   Tr a n sp o r t a t i o n ,   I EEE  T r a n sa c t i o n s o n   T r a n sp o rt a t i o n   El e c t r i f i c a t i o n ,   v o l .   6 ,   n o .   3 ,   p p .   1 0 0 3 1 0 1 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TTE. 2 0 2 0 . 3 0 0 1 0 2 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.