1.本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及一种电气化铁路双流制牵引供电系统与控制方法。


背景技术：

2.目前在我国轨道交通中交流牵引供电系统采用27.5kv或55kv工频单相交流供电，直流牵引供电系统普遍采用1500v或750v直流供电。由于供电制式的不同，两种牵引供电系统一般采用各自独立的单制式供电。
3.随着轨道交通的发展和建设，交通网络错综复杂，难免有些地方会存在交流牵引供电系统和直流牵引供电系统并存的情况，传统的单一供电制式已无法满足双流制供电的需要，双流制牵引供电系统可用于在交流电力牵引车辆与直流城轨车辆牵引过渡的地段；再者我国机车车辆制造企业同时生产的不同电压等级和电流制的机车也需要不同的牵引供电系统给予供电进行调试试验，建设双流制牵引供电系统，使其既可以对交流电力牵引车辆进行供电，也可以对直流城轨车辆进行供电，使尽可能的运行高效、经济，使尽可能减少重复建设，避免巨大的资源浪费，因此有必要对双流制牵引供电方案进行研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种电气化铁路双流制牵引供电系统，它能够兼容直流和交流供电，并且不会对公共连接点处的三相电压不平衡产生影响。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁路双流制牵引供电系统，包括双流制牵引变电所dcs内的三相高压母线hb、牵引变压器tt、同相补偿装置cpd、交流母线ab、直流母线db、测控系统mcs，其中电压互感器vt、电压变送器vd、电流互感器ct、分流器rw和控制器cd构成测控系统mcs；所述牵引变压器tt的原边引出2个端子与三相高压母线hb的任意两相相连，而次边并接于交流母线ab上；所述同相补偿装置cpd包括高压匹配变压器hmt、交直交变流器ada、牵引匹配变压器tmt；高压匹配变压器hmt原边与三相高压母线hb相连，使得牵引变压器tt次边绕组和高压匹配变压器hmt的次边绕组的电压相位差为90
°
；牵引匹配变压器tmt与交流母线ab相连，交直交变流器ada的直流侧并接于直流母线db上；交流母线ab一端串接电流互感器ct后接入接触网ocs,另一端并接电压互感器vt后接入钢轨并接地，直流母线db一端串接分流器rw后接入接触网ocs,另一端并接电压变送器vd后接入钢轨并接地；所述测控系统mcs中控制器cd的信号输入端分别与电压互感器vt、电压变送器vd、电流互感器ct、分流器rw的测量信号输出端相连，控制器cd的信号输出端与同相补偿装置cpd的控制端相连。
6.牵引变压器tt的次边并接于交流母线ab上，交直交变流器ada的直流侧并接于直流母线db上，为列车提供所需功率，实现了交流和直流的同所供电；
7.交流牵引供电系统中若牵引网供电方式为直供方式或者带回流线的直供方式，所述交流母线ab的一端接至接触网ocs，另一端接至钢轨并接地；若牵引网供电方式为at供电
方式，所述交流母线ab的一端接至接触网ocs，另一端接至负馈线；直流牵引供电系统中直流电压可控，并且不用设置能量吸收装置，再生能量能够反馈给供电系统。
8.交直交变流器ada采用模块化结构，通过多模块交流环节串联，从而实现较高的输入和输出电压等级，多模块交流环节并联可增大系统功率，直流环节串联或并联可输出多电压等级直流电压。
9.直流系统和交流系统均存在列车时，当交流系统列车处于牵引工况且直流系统列车处于再生工况时，可以三相电压不平衡满足国家标准为目标控制交直交变流器ada使直流系统列车产生再生电能由交流系统列车消耗；当直流系统列车处于牵引工况且交流系统列车处于再生工况时，以三相电压不平衡满足国家标准为目标控制交直交变流器ada使交流系统列车产生再生电能由直流系统列车消耗，提高再生电能利用效果。
10.本发明需要通过以下技术方案来实现的：一种电气化铁道双流制牵引供电控制方法，具体步骤为：
11.(1)设定补偿目标为三相高压母线hb负序允许量s
ε
；
12.(2)通过综合补偿测控系统mcs的控制器cd对测量得到的电压和电流值进行计算，计算出交流负荷功率s
l1
和直流负荷功率s
l2
，得到交流负荷功率和直流负荷功率经过牵引变压器或高压匹配变压器任意一个通道所产生的交流最大负序功率大小和直流最大负序功率大小并判断其与三相高压母线负序允许量s
ε
的关系；若或且此时不需要对负序进行补偿；若且此时需要对负序进行补偿；
13.(3)只有交流系统存在列车时，当交流系统列车处于牵引工况时，若不需投入同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器流向列车，其大小为若需投入同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为当交流系统列车处于再生工况时，若不需投入同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若需投入同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
14.(4)只有直流系统存在列车时，当直流系统列车处于牵引工况时，若需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，供电系统牵引功率由牵引变压器或高压匹配变压器流向列车，其大小为若需投入同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为当直流系统列车
处于再生工况时，若需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，列车再生功率由牵引变压器或高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为若需投入同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
15.(5)直流系统和交流系统均存在列车时，当交流系统列车和直流系统列车都处于牵引工况时，若需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，当投入第一变流器时，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流系统列车，其大小为由高压匹配变压器流向直流系统列车，其大小为当投入第二变流器时，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流和直流系统列车，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流系统列车，其大小为由高压匹配变压器流向直流系统列车，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向交流和直流系统列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为当交流系统列车和直流系统列车都处于再生工况时，若需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，当投入第一变流器时，交流系统列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为直流系统列车再生功率由高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为当投入第二变流器时，交流和直流系统列车再生功率都由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd中的第一变流器，交流系统列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为直流系统列车再生功率由高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd，交流和直流系统列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
16.(6)直流系统和交流系统均存在列车时，当交流系统列车处于牵引工况且直流系统列车处于再生工况，或交流系统列车处于再生工况且直流系统列车处于牵引工况时，假设牵引功率大于或等于再生功率，若或且需投入同相补偿装置cpd中的第二变流器，再生功率经第二变流器后被牵引列车利用，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流或直流系统列车，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd，再生功率经第二变流器被牵引列车利用，供
电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向交流或直流系统列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为假设牵引功率小于再生功率，若或且需投入同相补偿装置cpd中的第二变流器，再生功率经第二变流器后被牵引列车利用，剩余的再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入同相补偿装置cpd，再生功率经第二变流器被牵引列车利用，剩余的再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.一、本发明可以实现对三相电力系统负序的补偿，有效地解决了电气化铁路以负序为主的电能质量问题；
19.二、本发明可实现交流和直流的同所供电，两种供电制式共用供电设备，有效地减少牵引变电所的建设面积和成本；
20.三、本发明可实现直流系统的直流电压可控，并且直流系统所产生的再生能量能够反馈给供电系统。
21.四、本发明可实现列车再生能量在直流系统和交流系统之间的相互利用，提高再生能量利用效果。
附图说明
22.图1是本发明实施例一中所述的双流制单相组合式牵引供电系统拓扑结构示意图。
23.图2是本发明实施例一中所述的适合at供电方式的双流制单相组合式牵引供电系统拓扑结构示意图。
24.图3是本发明实施例一中所述的模块化ada拓扑结构示意图。
25.图4是本发明实施例二中所述的双流制单三相组合式牵引供电系统拓扑结构示意图。
26.图5是本发明实施例三中所述的电气化铁道双流制牵引供电控制方法流程示意图。
具体实施方式
27.为了更好理解本发明的创造思想，在此简要说明本发明的工作原理：以三相高压母线的负序允许量s
ε
为补偿目标，通过控制同相补偿装置cpd，兼顾直流和交流供电，并对电气化铁路所产生的负序进行补偿，使补偿后的负序满足补偿目标要求。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
28.实施例一
29.如图1所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路双流制牵引供电系统，所述牵引变压器tt的原边引出2个端子与三相高压母线hb的任意两相相连，而次边并接于交流母线
ab上；所述同相补偿装置cpd包括高压匹配变压器hmt、交直交变流器ada、牵引匹配变压器tmt；高压匹配变压器hmt原边与三相高压母线hb相连，使得牵引变压器tt次边绕组和高压匹配变压器hmt的次边绕组的电压相位差为90
°
，牵引匹配变压器tmt与交流母线ab相连，交直交变流器ada的直流侧并接于直流母线db上；交流母线ab一端串接电流互感器ct后接入接触网ocs，另一端并接电压互感器vt后接入钢轨并接地，直流母线db一端串接分流器rw后接入接触网ocs，另一端并接电压变送器vd后接入钢轨并接地；若牵引网供电方式为at供电方式，如图2所示，所述交流母线ab的一端接至接触网ocs，另一端接至负馈线；在双流制单相组合式牵引供电系统中，高压匹配变压器hmt为单相接线，与牵引变压器tt构成平衡接线，形成不等边scott连接组，其中牵引变压器tt次边绕组和高压匹配变压器hmt的次边绕组的电压相位差为90
°
。
30.在本实施例中，如图1、图2所示，测控系统mcs由电压互感器vt、电压变送器vd、电流互感器ct、分流器rw和控制器cd构成，控制器cd的信号输入端分别与电压互感器vt、电压变送器vd、电流互感器ct、分流器rw的测量信号输出端相连，控制器cd的信号输出端与所述同相补偿装置cpd的控制端相连。如图3所示，交直交变流器ada采用模块化结构，通过多模块交流环节串联，从而实现较高的输入和输出电压等级，直流环节并联可输出多电压等级直流电压。
31.实施例二
32.如图4所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路双流制牵引供电系统，所述牵引变压器tt的原边与三相高压母线hb的任意两相相连，高压匹配变压器hmt原边与三相高压母线hb相连，使得牵引变压器tt次边绕组和高压匹配变压器hmt的次边绕组的电压相位差为90；在双流制单三相组合式牵引供电系统中，高压匹配变压器hmt为ynd11接线，与牵引变压器tt构成平衡接线，其中牵引变压器tt次边绕组和高压匹配变压器hmt的次边绕组形成90
°
电压相位差。
33.实施例三
34.如图5所示，本发明提供了一种电气化铁道双流制牵引供电控制方法流程示意图，具体步骤为：
35.(1)设定补偿目标为三相高压母线hb负序允许量s
ε
；
36.(2)通过综合补偿测控系统mcs的控制器cd对测量得到的电压和电流值进行计算，计算出交流负荷功率s
l1
和直流负荷功率s
l2
，得到交流负荷功率和直流负荷功率经过牵引变压器或高压匹配变压器任意一个通道所产生的交流最大负序功率大小和直流最大负序功率大小并判断其与三相高压母线负序允许量s
ε
的关系；若或且此时不需要对负序进行补偿；若且此时需要对负序进行补偿；
37.(3)只有交流系统存在列车时，当交流系统列车处于牵引工况时，若不需投入cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器流向列车，其大小为若需投入所述同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为
当交流系统列车处于再生工况时，若不需投入所述同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若需投入所述同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
38.(4)只有直流系统存在列车时，当直流系统列车处于牵引工况时，若需投入cpd中的第一变流器或第二变流器，供电系统牵引功率由牵引变压器或高压匹配变压器流向列车，其大小为若需投入所述同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为当直流系统列车处于再生工况时，若需投入所述同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，列车再生功率由牵引变压器或高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为若需投入所述同相补偿装置cpd，列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
39.(5)直流系统和交流系统均存在列车时，当交流系统列车和直流系统列车都处于牵引工况时，若需投入所述同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，当投入第一变流器时，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流系统列车，其大小为由高压匹配变压器流向直流系统列车，其大小为当投入第二变流器时，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流和直流系统列车，其大小为若且需投入所述同相补偿装置cpd中的第一变流器，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流系统列车，其大小为由高压匹配变压器流向直流系统列车，其大小为若且需投入所述同相补偿装置cpd，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向交流和直流系统列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为当交流系统列车和直流系统列车都处于再生工况时，若需投入所述同相补偿装置cpd中的第一变流器或第二变流器，当投入第一变流器时，交流系统列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为直流系统列车再生功率由高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为当投入第二变流器时，交流和直流系统列车再生功率都由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入
所述同相补偿装置cpd中的第一变流器，交流系统列车再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为直流系统列车再生功率由高压匹配变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入所述同相补偿装置cpd，交流和直流系统列车再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为
40.(6)直流系统和交流系统均存在列车时，当交流系统列车处于牵引工况且直流系统列车处于再生工况，或交流系统列车处于再生工况且直流系统列车处于牵引工况时，假设牵引功率大于或等于再生功率，若或且需投入所述同相补偿装置cpd中的第二变流器，再生功率经第二变流器后被牵引列车利用，供电系统牵引功率由牵引变压器流向交流或直流系统列车，其大小为若且需投入所述同相补偿装置cpd，再生功率经第二变流器被牵引列车利用，供电系统牵引功率由牵引变压器和高压匹配变压器流向交流或直流系统列车，分配至牵引变压器的牵引功率大小为分配至高压匹配变压器的牵引功率大小为假设牵引功率小于再生功率，若或且需投入所述同相补偿装置cpd中的第二变流器，再生功率经第二变流器后被牵引列车利用，剩余的再生功率由牵引变压器反馈至供电系统，其大小为若且需投入所述同相补偿装置cpd，再生功率经第二变流器被牵引列车利用，剩余的再生功率由牵引变压器和高压匹配变压器反馈至供电系统，分配至牵引变压器的再生功率大小为分配至高压匹配变压器的再生功率大小为