CN102904271A - 一种牵引接触网 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种牵引接触网，应用于机车负载，所述机车负载至少包括变频器和牵引电机，所述牵引接触网包括第一受端换流站和第一送端换流站，其中：所述第一受端换流站与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，并将所述直流电进行输出；所述第一送端换流站接收所述第一受端换流站输出的直流电，并将所述直流电进行逆变，得到单相交流电，并将所述单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述单相交流电进行整流及逆变生成三相交流电发送至所述牵引电机。本申请实施例能够使得提供三相交流电的电力系统的三相电力负荷均衡稳定，避免了电力系统负荷不平衡的弊端，降低了电能损失，提供了电能的使用率。

Description

一种牵引接触网

技术领域

本申请涉及高压输电技术领域，特别涉及一种牵引接触网。

背景技术

目前，如图1所示，为电气化铁道供电系统应用在电流输送中的结构示意图。其中，电力系统生成三相高压交流电之后，将该三相高压交流电通过电气化铁道供电系统输送给每个机车负载，从而为机车负载中的牵引电机供电。其中，电气化铁道供电系统包括牵引接触网，该牵引接触网将电力系统输出的110kv高压交流电直接进行耦合生成25kv单相交流电，并将该单相交流电输送给机车负载的变频器进行整流及逆变生成三相交流电，给机车负载的牵引电机进行供电。

而在牵引接触网将三相高压交流电直接耦合为单相低压交流电时，使得牵引接触网具有单相不对称性，即三相交流电耦合为单相交流电时，会造成提供三相交流电的电力系统的负荷不平衡，电能损失较高。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种牵引接触网，用以解决现有技术中牵引接触网将三相交流电直接耦合生成单相交流电时，使得牵引接触网具有单相性，造成三相的电力系统的负荷不平衡，电能损失较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种牵引接触网，应用于机车负载，所述机车负载至少包括变频器和牵引电机，所述牵引接触网包括第一受端换流站和第一送端换流站，其中：

所述第一受端换流站与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，并将所述直流电进行输出；

所述第一送端换流站接收所述第一受端换流站输出的直流电，并将所述直流电进行逆变，得到单相交流电，并将所述单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述单相交流电进行整流及逆变生成三相交流电发送至所述牵引电机。

上述牵引接触网，优选地，所述牵引接触网还包括第一换流变压器和第二换流变压器，其中：

所述第一换流变压器将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第一受端换流站；

所述第二换流变压器接收所述第一送端换流站输出的单相交流电，并将所述单相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第一送端换流站输出的单相交流电的高电压单相交流电，再将所述高电压单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述高电压单相交流电进行整流及逆变，生成三相交流电发送至所述牵引电机。

上述牵引接触网，优选地，所述牵引接触网还包括第一交流侧滤波器和第二交流侧滤波器，其中：

所述第一交流侧滤波器滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第一受端换流站；

所述第二交流侧滤波器滤除所述第一送端换流站输出的单相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的单相交流电输送至所述变频器。

上述牵引接触网，优选地，所述第一受端换流站包括三个相单元，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器及依次串联的各个整流子模块，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第一受端换流站的第一交流输入端、第二交流输入端及第三交流输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第一受端换流站的第一直流输出端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一受端换流站的第二直流输出端相连接。

上述牵引接触网，优选地，所述整流子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

上述牵引接触网，优选地，所述第一送端换流站包括两个相单元，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器及依次串联的各个逆变子模块，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第一送端换流站的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一送端换流站的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述第一送端换流站的第一交流输出端和第二交流输出端相连接。

上述牵引接触网，优选地，所述逆变子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述逆变子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述逆变子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

由上述方案可知，本申请提供的一种牵引接触网，通过将电力系统输出的三相交流电先进行整流，生成直流电，再将该直流电进行逆变，从而生成单相交流电，既而通过触发机车负载中的变频器将单相交流电转换为三相交流电供给牵引电机使用，使得提供三相交流电的电力系统的三相电力负荷均衡稳定，相对于三相交流电直接耦合得到单相交流电的方法，避免了电力系统负荷不平衡的弊端，降低了电能损失，提供了电能的使用率。

本申请还提供了一种牵引接触网，应用于机车负载，所述机车负载包括牵引电机，所述牵引接触网包括第二受端换流站和至少一个第二送端换流站，其中：

所述第二受端换流站与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，将所述直流电进行输出；

每一所述第二送端换流站接收所述第二受端换流站输出的直流电，并将所述直流电进行逆变得到三相交流电，并将所述三相交流电发送至所述牵引电机。

上述牵引接触网，优选地，所述牵引接触网还包括第三换流变压器和依次与每一所述第二送端换流站相连的第四换流变压器，其中：

所述第三换流变压器将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于所述电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第二受端换流站；

所述第四换流变压器接收与其相连的第二送端换流站输出的三相交流电，并将所述三相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第二送端换流站输出的三相交流电的高电压三相交流电，再将所述高电压三相交流电发送至所述牵引电机。

上述牵引接触网，优选地，所述牵引接触网还包括：第三交流侧滤波器和，依次连接于所述各个第二送端换流站的第四交流侧滤波器，其中：

所述第三交流侧滤波器滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，再将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第二受端换流站；

所述第四交流侧滤波器滤除与其相连的第二送端换流站输出的三相交流电中的谐波，再将滤除谐波后的三相交流电输送至所述牵引电机。

上述牵引接触网，优选地，所述第二受端换流站包括三个相单元，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器及依次串联的各个整流子模块，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第二受端换流站的第一交流输入端、第二交流输入端及第三交流输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第二受端换流站的第一直流输出端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第二受端换流站的第二直流输出端相连接。

上述牵引接触网，优选地，所述整流子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

上述牵引接触网，优选地，所述第二送端换流站包括三个相单元，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器及依次串联的各个逆变子模块，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第二送端换流站的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第二送端换流站的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述二送端换流站的第一交流输出端、第二交流输出端和第三交流输出端相连接。

上述牵引接触网，优选地，所述逆变子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

由上述方案可知，本申请提供的一种牵引接触网，通过将高压直流电先进行整流，生成高压直流电，再将该高压直流电进行逆变生成三相交流电，直接输送给至少一个牵引电机，相对于三相交流电直接耦合得到单相交流电，再由设置于机车负载的变频器进行整流及逆变生成三相交流电，输送给牵引电机的方法，提供三相交流电的电力系统在三相交流电处理过程中保障了三相电荷的平衡及温度，避免了三相交流电直接耦合得到单相交流电导致牵引接触网具有单相性的技术问题，降低了电能损耗，提供了电能的使用率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有牵引接触网与电力系统及机车负载的连接示意图；

图2为本申请实施例一提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图3为本申请实施例二提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图4为本申请实施例三提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图5为本申请实施例三提供的一种牵引接触网的另一结构示意图；

图6为本申请实施例三提供的一种牵引接触网的另一结构示意图；

图7为本申请实施例四提供的一种牵引接触网中第一受端换流站的结构示意图；

图8为本申请实施例五提供的一种牵引接触网中整流子模块的结构示意图；

图9为本申请实施例六提供的一种牵引接触网中第一送端换流站的结构示意图；

图10为本申请实施例七提供的一种牵引接触网中逆变子模块的结构示意图；

图11为本申请实施例八提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图12为本申请实施例九提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图13为本申请实施例十提供的一种牵引接触网的结构示意图；

图14为本申请实施例十提供的一种牵引接触网的另一结构示意图；

图15为本申请实施例十提供的一种牵引接触网的另一结构示意图；

图16为本申请实施例十一提供的一种牵引接触网中第二受端换流站的结构示意图；

图17为本申请实施例十二提供的一种牵引接触网中整流子模块的结构示意图；

图18为本申请实施例十三提供的一种牵引接触网中第二送端换流站的结构示意图；

图19为本申请实施例十四提供的一种牵引接触网中逆变子模块的结构示意图；

图20为本申请提供的牵引接触网的阶梯波调制原理示意图；

图21为本申请提供的牵引接触网中换流站功率变化等效电路图；

图22为本申请提供的牵引接触网实际应用中的分层控制系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

目前，电力系统即发电厂中的发电机将生成的交流电通过升压变压器声音得到便于远距离输送的高压交流电，并将该高压交流电通过铁道供电系统中的牵引变压器及牵引接触网得到单相交流电，配电系统中的单变频器将该单相交流进行整流及变频得到能够为牵引电机供电的三相交流电，而在对牵引电机供电之前，需要将该三相交流电进行降压。而牵引接触网在实现将牵引变压器的三相高压交流电进行转换生成单相高压交流电时，通常将三相高压交流电直接耦合得到单相高压交流电，即直接将三相高压交流电中的一相高压交流电作为单相高压交流电，再将该单相高压交流电通过机车负载中的变频器得到三相交流电供给牵引电机，由此，现有技术中的牵引接触网是一个不对称的单相牵引负荷网，多为单相交流25kv，而不对称的单相牵引负荷会造成提供三相高压交流电的电力系统三相电的负荷不平衡，使得牵引接触网进行电流转换时的功率因数较低，无功电流在牵引接触网中引起的损耗增加，对电力系统的运行产生不良影响。

为获得三相电力系统负荷的平衡，技术人员曾尝试采用分区换相的方案，具体是指，传统电力系统将牵引变压器二次侧的三相交流电在相邻的牵引变压器中轮流接地，为该牵引变压器对应区间的机车负载提供单相交流电，而三个牵引变压器区间组成一个环路。上述分区换相的方法在一定程度上能够减少不平衡负荷带来的影响，但由于牵引变压器环路内的各机车负载负荷不可能完全相同，环外电网仍存在较大的负序电流，对三相发电机和牵引电机的工作状态均会产生不稳定运转的影响，从而无法应用于具体实践中。

同时，牵引接触网的单相性，使得电力系统负荷不平衡，同样会对通信设备产生过于危险的电磁干扰，为降低电磁感应的干扰，通常采用在牵引接触网支柱上悬挂辅助加强馈电线盒屏蔽电线或敷设专用的具有厚的铝护套铁路通信电缆的方案，但这些方案都会增加电气化铁路供电相同的造价。

参考图2，其示出了本申请实施例一提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网应用于机车负载，所述机车负载包括变频器和牵引电机，所述牵引接触网包括第一受端换流站201和第一送端换流站202，其中：

所述第一受端换流站201与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，并将所述直流电进行输出。

例如，所述电力系统提供的三相交流电，可以为110kv的三相交流电。

其中，所述三相交流电可以通过发电机生成的三相交流电经过升压变压器获得。

所述第一送端换流站202接收所述第一受端换流站201输出的直流电，并将所述直流电进行逆变，得到单相交流电，并将所述单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述单相交流电进行整流及逆变生成三相交流发送至所述牵引电机。

需要说明的是，本申请实施例一所应用的机车负载中，至少包括变频器和牵引电机，所述变频器用于将本申请实施例一的牵引接触网生成的单相交流电进行整流及逆变，生成三相交流电，并将该三相交流电提供给牵引电机。

由上述方案可知，本申请实施例一提供的牵引接触网，通过将电力系统输出的三相交流电先进行整流，生成直流电，再将该直流电进行逆变，从而生成单相交流电，既而通过触发机车负载中的变频器将单相交流电转换为三相交流电供给牵引电机使用，使得提供三相交流电的电力系统的三相电力负荷均衡稳定，相对于三相交流电直接耦合得到单相交流电的方法，避免了电力系统负荷不平衡的弊端，相对提高了牵引接触网进行电流转换时的功率因数，降低了电能损失，提供了电能的使用率。

参考图3，其示出了本申请实施例二提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网还包括第一换流变压器203和第二换流变压器204，其中：

所述第一换流变压器203将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第一受端换流站201。

所述第二换流变压器204接收所述第一送端换流站202输出的单相交流电，并将所述单相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第一送端换流站输出的单相交流电的高电压单相交流电，再将所述高电压单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述高电压单相交流电进行整流及逆变，生成三相交流电发送至所述牵引电机。

优选地，所述电力系统输出的三相交流电为110kv的三相交流电，在该110kv的三相交流电输送至所述第一受端换流站201之前，先有所述第一换流变压器203进行能量转换，得到低电压三相交流电，所述低电压三相交流电的峰值要低于电力系统输出的三相交流电，如，将110kv的三相交流电转换为25kv的三相交流电。在此之后，所述第一换流变压器203再将所述低电压三相交流电输送至所述第一受端换流站201，由所述第一受端换流站201将所述低电压三相交流电进行整流得到直流电，如，34kv的直流电，并将该直流电通过直流输电线路发送至所述第一送端换流站202。所述第一送端换流站202接收到所述34kv的直流电之后，将所述直流电进行逆变，得到25kv的单相交流电。

优选地，所述第二换流变压器204接收所述第一送端换流站202输出的25kv的单相交流电，并将所述25kv的单相交流电进行能量转换，得到高电压单相交流电，所述高电压单相交流电的峰值要高于所述第一送端换流转202输出的单相交流电。在此之后，所述第二换流变压器204再将所述高电压单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述高压单相交流电进行整流及逆变，生成三相交流电发送至所述牵引电机。

由上述方案可知，本申请实施例二提供的牵引接触网，通过在电力系统和第一受端换流站之间设置第一换流变压器，并在第一送端换流站和机车负载的变频器之间设置第二换流变压器，实现牵引接触网与电力系统、机车负载之间的能量转换，进一步实现电力系统通过牵引接触网为机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提供电能的使用率。

参考图4，其示出了本申请实施例三提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网还包括第一交流侧滤波器205和第二交流侧滤波器206，其中：

所述第一交流侧滤波器205滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第一受端换流站201；

所述第二交流侧滤波器206滤除所述第一送端换流站202输出的单相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的单相交流电输送至所述变频器。

由上述方案可知，本申请实施例三提供的一种牵引接触网通过在电力系统与第一受端换流站之间设置第一交流侧滤波器，并在第一送端换流站和机车负载的变频器之间设置第二交流侧滤波器，实现滤除进入牵引接触网的三相交流电的交流侧谐波，及滤除牵引接触网输出的单相交流电的交流侧谐波，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

其中，参考图5，其示出了本申请实施例三的另一结构示意图，所述牵引接触网包括第一受端换流站201、第一送端换流站202、第一换流变压器203、第二换流变压器204、第一交流侧滤波器205和第二交流侧滤波器206，其中，所述第一受端换流转换201、第一送端换流站202、第一换流变压器203和第二换流变压器204与本申请实施例一和本申请实施例二中描述一致，在此不再详细阐述。需要说明的是，电力系统依次通过串联连接的所述第一换流变压器203、所述第一交流侧滤波器205、所述第一受端换流站201、第一送端换流站202、所述第二交流侧滤波器206和所述第二换流变压器204与机车负载相连，所述第一换流变压器203接受所述电力系统输出的三相交流电，并将所述三相交流电进行降压得到低电压三相交流电，输送至所述第一交流侧滤波器205，由所述第一交流侧滤波器205将所述低电压三相交流电进行谐波滤除处理，并将滤波处理的三相交流电输送至所述第一受端换流站201，由所述第一受端换流站201对所述滤除谐波的三相交流电进行整流，得到直流电，并将所述直流电输送至所述第一送端换流站202，由所述第一送端换流站202对所述直流电进行逆变，得到单相交流电，由所述第二交流侧滤波器206接受所述单相交流电，对其接收的单相交流电进行谐波滤除处理，并将滤波后的单相交流电输送至所述第二换流变压器204，由所述第二换流变压器204将其接收到的单相交流电进行升压得到高电压单相交流电，并将所述高电压单相交流电输送至机车负载的变频器进行整流及逆变处理，得到三相交流电为牵引电机供电。

优选地，如图6所示，在所述第一交流侧滤波器205和所述第一受端换流站201之间设置第一连接电抗器L1，在所述第一送端换流站202和所述第二交流侧滤波器206之间设置第二连接电抗器L2。所述两个连接电抗器可以为一个无导磁材料的空心线圈，它能够根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在本申请实施例三的牵引接触网所在供电系统中发生短路时，会产生很大的短路电流，所述第一连接电抗器L1和所述第二连接电抗器L2能够增加短路阻抗，从而限制短路电流，保持电器设备的动态稳定和热稳定。

参考图7，其示出了本申请实施例四提供的一种第一受端换流站201的结构示意图，所述第一受端换流站201应用于本申请实施例一、本申请实施例二或本申请实施例三中；

所述第一受端换流站201包括三个相单元：相单元UA、相单元UB、相单元UC，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元：相单元UA的第一桥臂单元UA1和第二桥臂单元UA2、相单元UB的第一桥臂单元UB 1和第二桥臂单元UB2、相单元UC的第一桥臂单元UC 1和第二桥臂单元UC2，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块SM和一个电抗器K，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块SM及电抗器K，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器K及依次串联的各个整流子模块SM，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第一受端换流站201的第一交流输入端a、第二交流输入端b及第三交流输入端c相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第一受端换流站201的第一直流输出端d相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一受端换流站201的第二直流输出端e相连接。

例如，如图7中所示，每个所述桥臂单元中含有n个整流子模块SM：SM1~SMn，每个桥臂单元的输入端均有一个电抗器K，所述n个整流子模块串联连接，并与其所属桥臂单元的电抗器串联。

需要说明的是，每个桥臂单元上加装电抗器K可有效抑制环流现象（各相单元的桥臂单元所产生的直流电压并不一定完全相等，这种不等会在两个桥臂单元之间引起电流变向等现象，称为环流现象）。当直流母线发生短路时，电抗器能有效抑制交流冲击电流，为绝缘栅双极晶体管可靠封锁提供充足时间，提高整体牵引接触网系统的可靠性。

其中，三相交流电由所述第一交流输入端a、所述第二交流输入端b及所述第三交流输入端c输入至所述第一受端换流站中，所述第一受端换流站将三相交流电进行整流之后，将生成的直流电输送至所述第一送端换流站。

由上述方案可知，本申请实施例四提供的第一受端换流站中，每个桥臂单元至少由n个相同的整流子模块SM和一个电抗器串联连接构成，而两个桥臂单元构造一个相单元。在第一受端换流站中，三个相单元的桥臂单元并联在正、负母线之间，组成三相整流电路，从而实现将其接收到的三相交流电进行整流生成直流电，既而由所述第一送端换流站将该直流电进行逆变生成单相交流电后，输送给机车负载的变频器，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

参考图8，其示出了本申请实施例五提供的一种整流子模块SM的结构示意图，所述整流子模块SM应用于本申请实施例四中；

所述整流子模块SM包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块SM的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块SM的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

其中，所述整流子模块SM的输入端与输出端之间的电压为Usm，输入端的输入电流为Ism，电容C两端的电压为Uc。

由上述方案可知，第一受端换流站中的每个整流子模块SM中，设置有支撑电容C，滤除电力系统和牵引接触网侧的高次谐波，从而明显减少点噪音的污染和电磁干扰。而电力系统和机车负载的交流电，经过牵引接触网的都调节为恒定的直流电压，直流电压的稳定控制可以解除现有牵引接触网与机车负载的耦合关系，达到消除机车负载与牵引接触网之间谐振的目的，同时消除电力系统的不平衡单相负荷对牵引接触网造成的负序电流、谐波含量等影响。

参考图9，其示出了本申请实施例六提供的一种第一送端换流站202的结构示意图，所述第一送端换流站202应用于本申请实施例一、本申请实施例二、本申请实施例三或本申请实施例四中；

第一送端换流站202包括两个相单元：相单元UD、相单元UE，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元：相单元UD的第一桥臂单元UD1和第二桥臂单元UD2、相单元UE的第一桥臂单元UE1和第二桥臂单元UE2，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块SMs和一个电抗器Ks，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块SMs及电抗器Ks，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器Ks及依次串联的各个逆变子模块SMs，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第一送端换流站202的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一送端换流站202的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述第一送端换流站202的第一交流输出端d和第二交流输出端e相连接。

例如，如图9中所示，每个所述桥臂单元中含有n个逆变子模块SMs：SMs1~SMsn，每个桥臂单元的输入端均有一个电抗器Ks，所述n个整流子模块串联连接，并与其所属桥臂单元的电抗器串联。

需要说明的是，每个桥臂单元上加装电抗器K可有效抑制环流现象（各相单元的桥臂单元所产生的直流电压并不一定完全相等，这种不等会在两个桥臂单元之间引起电流变向等现象，称为环流现象）。当直流母线发生短路时，电抗器能有效抑制交流冲击电流，为绝缘栅双极晶体管可靠封锁提供充足时间，提高整体牵引接触网系统的可靠性。

其中，第一受端换流站输出的直流电通过所述第一送端换流站202的第一直流输入端和第二直流输入端输入，而所述第一送端换流站202输出的单相交流电通过其第一交流输出端d、所述第二交流输出端e进行输出。

由上述方案可知，本申请实施例六提供的第一送端换流站中，每个桥臂单元至少由n个相同的逆变子模块SMs和一个电抗器Ks串联连接构成，而两个桥臂单元构造一个相单元。在第一送端换流站中，两个相单元的桥臂单元组成两相逆变电路，从而实现将其接收到的直流电进行逆变生成单相交流电，输送给机车负载的变频器，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

参考图10，其示出了本申请实施例七提供的一种逆变子模块SMs的结构示意图，所述逆变子模块SMs应用于本申请实施例六中；

所述逆变子模块SMs包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述逆变子模块SMs的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述逆变子模块SMs的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

其中，所述整流子模块SM的输入端与输出端之间的电压为Usm，输入端的输入电流为Ism，电容C两端的电压为Uc。

由上述方案可知，第一送端换流站中的每个逆变子模块SMs中，设置有支撑电容C，滤除牵引接触网和机车负载侧的高次谐波，从而明显减少点噪音的污染和电磁干扰。而电力系统和机车负载的交流电，经过牵引接触网的都调节为恒定的直流电压，直流电压的稳定控制可以解除现有牵引接触网与机车负载的耦合关系，达到消除机车负载与牵引接触网之间谐振的目的，同时消除电力系统的不平衡单相负荷对牵引接触网造成的负序电流、谐波含量等影响。

需要说明的是，由图8及图10可以看出，所述整流子模块SM及所述逆变子模块SMs的结构组成相同。

参考图11，其示出了本申请实施例八提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网应用于机车负载，所述机车负载包括牵引电机，所述牵引接触网包括第二受端换流站1101和至少一个第二送端换流站1102，其中：

所述第二受端换流站1101与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，将所述直流电进行输出；

每一所述第二送端换流站1102接收所述第二受端换流站1101输出的直流电，并将所述直流电进行逆变得到三相交流电，并将所述三相交流电发送至所述牵引电机。

所述第二受端换流站1101与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，并将所述直流电进行输出。

如图11中所示，本申请实施例八提供的牵引接触网包括一个第二受端换流站1101和n个第二送端换流站1102，所述n个第二送端换流站1102分别与所述第二受端换流站1101相连，分别接收所述第二受端换流站1101输出的直流电，并对其各自接收到的直流电进行逆变，生成三相交流电，发送至与其相连接的机车负载中的牵引电机。

例如，所述电力系统提供的三相交流电，可以为110kv的三相交流电。

其中，所述三相交流电可以通过发电机生成的三相交流电经过升压变压器获得。

所述第二送端换流站1102接收所述第二受端换流站1101输出的直流电，并将所述直流电进行逆变，得到三相交流电，并将所述三相交流电输送至所述牵引电机。

需要说明的是，本申请实施例八所应用的机车负载中可以不包括变频器，而至少包括牵引电机。

由上述方案可知，本申请实施例八提供的牵引接触网，通过将电力系统输出的三相交流电先进行整流，生成直流电，再将该直流电进行逆变，从而生成三相交流电，既而供给牵引电机使用，使得提供三相交流电的电力系统的三相电力负荷均衡稳定，相对于三相交流电直接耦合得到单相交流电的方法，避免了电力系统负荷不平衡的弊端，相对提高了牵引接触网进行电流转换时的功率因数，降低了电能损失，提供了电能的使用率。

参考图12，其示出了本申请实施例九提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网还包括第三换流变压器1103和依次与每一所述第二送端换流站1102相连的第四换流变压器1104，其中：

所述第三换流变压器1103将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第二受端换流站1101。

所述第四换流变压器1104接收与其相连的第二送端换流站1102输出的三相交流电，并将所述三相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第二送端换流站输出的三相交流电的高电压三相交流电，再将所述高电压三相交流电输送至所述牵引电机。

优选地，所述电力系统输出的三相交流电为110kv的三相交流电，在该110kv的三相交流电输送至所述第二受端换流站1101之前，先有所述第三换流变压器1103进行能量转换，得到低电压三相交流电，所述低电压三相交流电的峰值要低于电力系统输出的三相交流电，如，将110kv的三相交流电转换为25kv的三相交流电。在此之后，所述第三换流变压器1103再将所述低电压三相交流电输送至所述第二受端换流站1101，由所述第二受端换流站1101将所述低电压三相交流电进行整流得到直流电，如，34kv的直流电，并将该直流电通过直流输电线路发送至所述第二送端换流站1102。所述第二送端换流站1102接收到所述34kv的直流电之后，将所述直流电进行逆变，得到25kv的三相交流电。

优选地，所述第四换流变压器1104接收所述第二送端换流站1102输出的25kv的三相交流电，并将所述25kv的三相交流电进行能量转换，得到高电压三相交流电，所述高电压三相交流电的峰值要高于所述第二送端换流转1102输出的三相交流电。在此之后，所述第四换流变压器1104再将所述高电压单相交流电输送至所述牵引电机。

由上述方案可知，本申请实施例九提供的牵引接触网，通过在电力系统和第二受端换流站之间设置第三换流变压器，并在第二送端换流站和机车负载的牵引电机之间设置第四换流变压器，实现牵引接触网与电力系统、机车负载之间的能量转换，进一步实现电力系统通过牵引接触网为机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提供电能的使用率。

参考图13，其示出了本申请实施例十提供的一种牵引接触网的结构示意图，所述牵引接触网还包括第三交流侧滤波器1105和，依次连接于所述各个第二送端换流站1102的第四交流侧滤波器1106，其中：

所述第三交流侧滤波器1105滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第二受端换流站1101；

所述第四交流侧滤波器1106滤除所述第二送端换流站1102输出的三相交流电中的谐波，再将滤除谐波后的三相交流电输送至所述牵引电机。

由上述方案可知，本申请实施例十提供的一种牵引接触网通过在电力系统与第二受端换流站之间设置第三交流侧滤波器，并在第二送端换流站和机车负载的牵引电机之间设置第四交流侧滤波器，实现滤除进入牵引接触网的三相交流电的交流侧谐波，及滤除牵引接触网输出的三相交流电的交流侧谐波，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

其中，参考图14，其示出了本申请实施例十的另一结构示意图，所述牵引接触网包括第二受端换流站1101、第二送端换流站1102、第三换流变压器1103、第四换流变压器1104、第三交流侧滤波器1105和第四交流侧滤波器1106，其中，所述第二受端换流转换1101、第二送端换流站1102、第三换流变压器1103和第四换流变压器1104与本申请实施例八和本申请实施例九中描述一致，在此不再详细阐述。需要说明的是，对于每一个所述第二送端换流站与所述第二受端换流站形成的供电系统而言，电力系统依次通过串联连接的所述第三换流变压器1103、所述第三交流侧滤波器1105、所述第二受端换流站1101、第二送端换流站1102、所述第四交流侧滤波器1106和所述第四换流变压器1104与机车负载相连，所述第二换流变压器1103接受所述电力系统输出的三相交流电，并将所述三相交流电进行降压得到低电压三相交流电，输送至所述第三交流侧滤波器1105，由所述第三交流侧滤波器1105将所述低电压三相交流电进行谐波滤除处理，并将滤波处理的三相交流电输送至所述第二受端换流站1101，由所述第二受端换流站1101对所述滤除谐波的三相交流电进行整流，得到直流电，并将所述直流电输送至所述第二送端换流站1102，由所述第二送端换流站1102对所述直流电进行逆变，得到三相交流电，由所述第四交流侧滤波器1106接受所述三相交流电，对其接收的三相交流电进行谐波滤除处理，并将滤波后的三相交流电输送至所述第四换流变压器1104，由所述第四换流变压器1104将其接收到的三相交流电进行升压得到高电压三相交流电，并将所述高电压三相交流电输送至牵引电机，为所述牵引电机供电。

优选地，如图15所示，在所述第三交流侧滤波器1105和所述第二受端换流站1101之间设置第三连接电抗器L3，在每个所述第二送端换流站1102和所述第四交流侧滤波器1106之间设置第四连接电抗器L4。所述两个连接电抗器可以为一个无导磁材料的空心线圈，它能够根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在本申请实施例十的牵引接触网所在供电系统中发生短路时，会产生很大的短路电流，所述第三连接电抗器L3和所述第四连接电抗器L4能够增加短路阻抗，从而限制短路电流，保持电器设备的动态稳定和热稳定。

参考图16，其示出了本申请实施例十一提供的一种第二受端换流站1101的结构示意图，所述第二受端换流站1101应用于本申请实施例八、本申请实施例九或本申请实施例十中；

所述第二受端换流站1101包括三个相单元：相单元UA、相单元UB、相单元UC，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元：相单元UA的第一桥臂单元UA1和第二桥臂单元UA2、相单元UB的第一桥臂单元UB1和第二桥臂单元UB2、相单元UC的第一桥臂单元UC 1和第二桥臂单元UC2，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块SM和一个电抗器K，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块SM及电抗器K，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器K及依次串联的各个整流子模块SM，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第一受端换流站1101的第一交流输入端a、第二交流输入端b及第三交流输入端c相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第一受端换流站1101的第一直流输出端d相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一受端换流站201的第二直流输出端e相连接。

例如，如图16所示，每个所述桥臂单元中含有n个整流子模块SM：SM1~SMn，每个桥臂单元的输入端均有一个电抗器K，所述n各整流子模块串联连接，并与其所属桥臂单元的电抗器串联。

需要说明的是，每个桥臂单元上加装电抗器K可有效抑制环流现象（各相单元的桥臂单元所产生的直流电压并不一定完全相等，这种不等会在两个桥臂单元之间引起电流变向等现象，称为环流现象）。当直流母线发生短路时，电抗器能有效抑制交流冲击电流，为绝缘栅双极晶体管可靠封锁提供充足时间，提高整体牵引接触网系统的可靠性。

其中，三相交流电由所述第一交流输入端a、所述第二交流输入端b及所述第三交流输入端c输入至所述第二受端换流站中，所述第二受端换流站将三相交流电进行整流之后，将生成的直流电输送至所述第二送端换流站。

由上述方案可知，本申请实施例十一提供的第二受端换流站中，每个桥臂单元至少由n个相同的整流子模块SM和一个电抗器串联连接构成，而两个桥臂单元构造一个相单元。在第二受端换流站中，三个相单元的桥臂单元并联在正、负母线之间，组成三相整流电路，从而实现将其接收到的三相交流电进行整流生成直流电，既而由所述第二送端换流站将该直流电进行逆变生成单相交流电后，输送给机车负载的变频器，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

参考图17，其示出了本申请实施例十二提供的一种整流子模块SM的结构示意图，所述整流子模块SM应用于本申请实施例十一中；

所述整流子模块SM包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块SM的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块SM的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

其中，所述整流子模块SM的输入端与输出端之间的电压为Usm，输入端的输入电流为Ism，电容C两端的电压为Uc。

由上述方案可知，第二受端换流站中的每个整流子模块SM中，设置有支撑电容C，滤除电力系统和牵引接触网侧的高次谐波，从而明显减少点噪音的污染和电磁干扰。而电力系统和机车负载的交流电，经过牵引接触网的都调节为恒定的直流电压，直流电压的稳定控制可以解除现有牵引接触网与机车负载的耦合关系，达到消除机车负载与牵引接触网之间谐振的目的，同时消除电力系统的不平衡单相负荷对牵引接触网造成的负序电流、谐波含量等影响。

参考图18，其示出了本申请实施例十三提供的一种第二送端换流站1102的结构示意图，，所述第二送端换流站1102应用于本申请实施例八、本申请实施例九、本申请实施例十或本申请实施例十一中；

第二送端换流站1102包括三个相单元：相单元UD、相单元UE、相单元UF，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元：相单元UD的第一桥臂单元UD1和第二桥臂单元UD2、相单元UE的第一桥臂单元UE1和第二桥臂单元UE2、相单元UF的第一桥臂单元UF 1和第二桥臂单元UF2，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块SMs和一个电抗器Ks，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块SMs及电抗器Ks，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器Ks及依次串联的各个逆变子模块SMs，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第二送端换流站1102的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第二送端换流站1102的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述第二送端换流站1102的第一交流输出端d、第二交流输出端e和第三交流输出端f相连接。

例如，如图18中所示，每个所述桥臂单元中含有n个逆变子模块SMs：SMs1~SMsn，每个桥臂单元的输入端均有一个电抗器Ks，所述n个整流子模块串联连接，并与其所属桥臂单元的电抗器串联。

需要说明的是，每个桥臂单元上加装电抗器K可有效抑制环流现象（各相单元的桥臂单元所产生的直流电压并不一定完全相等，这种不等会在两个桥臂单元之间引起电流变向等现象，称为环流现象）。当直流母线发生短路时，电抗器能有效抑制交流冲击电流，为绝缘栅双极晶体管可靠封锁提供充足时间，提高整体牵引接触网系统的可靠性。

其中，第二受端换流站输出的直流电通过所述第二送端换流站1102的第一直流输入端和第二直流输入端输入，而所述第一送端换流站202输出的三相交流电通过其第一交流输出端d、所述第二交流输出端e和所述第三交流输出端f进行输出。

由上述方案可知，本申请实施例十三提供的第二送端换流站中，每个桥臂单元至少由n个相同的逆变子模块SMs和一个电抗器Ks串联连接构成，而两个桥臂单元构造一个相单元。在第二送端换流站中，三个相单元的桥臂单元组成三相逆变电路，从而实现将其接收到的直流电进行逆变生成三相交流电，输送给机车负载的牵引电机，进一步实现电力系统通过牵引接触网对机车负载供电时，电力系统三相电力负荷均衡稳定，降低电能损失，提高电能使用率。

参考图19，其示出了本申请实施例十四提供的一种逆变子模块SMs的结构示意图，所述逆变子模块SMs应用于本申请实施例十三中；

所述逆变子模块SMs包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述逆变子模块SMs的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述逆变子模块SMs的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

其中，所述整流子模块SM的输入端与输出端之间的电压为Usm，输入端的输入电流为Ism，电容C两端的电压为Uc。

由上述方案可知，第二送端换流站中的每个逆变子模块SMs中，设置有支撑电容C，滤除牵引接触网和机车负载侧的高次谐波，从而明显减少点噪音的污染和电磁干扰。而电力系统和机车负载的交流电，经过牵引接触网的都调节为恒定的直流电压，直流电压的稳定控制可以解除现有牵引接触网与机车负载的耦合关系，达到消除机车负载与牵引接触网之间谐振的目的，同时消除电力系统的不平衡单相负荷对牵引接触网造成的负序电流、谐波含量等影响。

需要说明的是，由图17及图19可以看出，所述整流子模块SM及所述逆变子模块SMs的结构组成相同。

其中，电压电平逼近（Nearest level modulation，NLM）调制是采用电压电平瞬时逼近调制波，适用于电平数较多的场合。当电平数太多时，特定消谐波、载波移相、空间矢量调制等方法的实现较为复杂。因此，对于电平数较多的模拟化多电平变换器MMC、NLM具有相对的优势。

由图7至10及图16至图19可以得到，第一受端换流站201、第一送端换流站202、第二受端换流站1101和第二送端换流站1102中的每个桥臂单元的直流电压均为Udc，因此每个相单元中处于投入状态的整流子模块或逆变子模块的数量相等，且同时满足以下条件：Ua1+Ua2=Ub1+Ub2=Uc1+Uc2=Ud1+Ud2=Ue1+Ue2=Uf1+Uf2=Udc。用Us(t)表示调制波瞬时值，UC表示整流子模块或逆变子模块电容电压平均值。每相含有整流子模块或逆变子模块数为2n，每个相单元中有n个整流子模块或逆变子模块被投入。三相交流电压的输出，就是通过对相单元上、下桥臂中处于投入状态的子模块数进行分配而实现对换流器输出电压的调节，若这n个子模块由上、下桥臂平均分担，则该相单元输出电压为0，如图20所示，为阶梯波调制原理示意图，其中，随着Us(t)从0开始升高，该相单元下桥臂处于投入状态的子模块逐渐增加，而上桥臂处于投入状态的子模块相应减少，使该相单元的输出电压跟随调制波升高；随着Us(t)从0开始降低,该相单元上桥臂处于投入状态的子模块逐渐增加，而下桥臂处于投入状态的子模块相应减少，使该相单元的输出电压跟随调制波升高。Uc是影响NLM逼近性能的关键参数，必须将相单元输出电压同Us(t)之间的差值控制在±UC/2以内。在任意时刻，下桥臂和上桥臂需要投入的子模块数ndown和nup可分别表示为：

$n_{\mathrm{down}}=\frac{n}{2}+\mathrm{round}\left[\frac{U_S}{U_C}\right]---\left(1\right)$

$n_{\mathrm{down}}=\frac{n}{2}-\mathrm{round}\left[\frac{U_S}{U_C}\right]---\left(2\right)$

式中，round(x)表示取与x最接近的整数。由式(1)、式(2)可知：在任意时刻，每相投入n个子模块，即：ndown+nup=n。当Us(t)>0时，ndown>nup；当Us(t)<0时，ndown<nup。

从以上分析及拓扑结构可以得到，MMC通过子模块串联可实现较大的电平数，高压直流输电HDVC换流站通过MMC的电压叠加输出高电压，并且利用NLM调制技术，输出电压的谐波含量随着电平数的增加而逐渐减少。同时，有上述可知，本申请提供的牵引接触网拓扑结构中采用NLM电压电平逼近方法调制输出电压，通过改变如图20中的正弦调制波频率，即可实现牵引接触网的输出电流频率可调，稳定牵引接触网和机车负载的频率，并解决本说明书起始部分所提到的分区换相方案所导致的问题。

其中，参考图21，为换流站功率变化等效电路图。假设换流变压器无损耗，忽略谐波分量时，高压直流输电同牵引接触网、机车负载之间传输的有功功率P及无功功率Q分别为：

$P=\frac{U_S{U}_C}{X}\sin \mathrm{\&delta;}---\left(3\right)$

$Q=\frac{U_S(U_S-U_C\cos \mathrm{\&delta;})}{X}---\left(4\right)$

式中，Uc表示输出电压的基波分量；US表示接触网或机车负载交流母线电压的基波分量；δ为Us和Uc之间的相角差；X表示换流变压器的电抗值。

可以看出，在接触网交流电压Us一定的条件下，有功功率的传输主要取决于δ角，当δ<0时VSC吸收有功功率，MMC运行于整流状态；当δ>0时MMC发出有功功率，运行于逆变状态。调节δ角就可以控制MMC传输有功功率的大小和方向。

无功功率的传输主要取决于Uc。当Us－Uc cosδ>0时，VSC吸收无功功率；当Us－Uc cosδ<0时，VSC发出无功功率。控制Uc的幅值，即可控制MMC吸收或发出的无功功率大小。因此，采用基于MMC的HVDC可以方便地调节牵引接触网和机车负载的有功功率、无功功率，改善系统的运行性能，提高其电能质量。即系统不需要接触网提供无功功率，而且能够起到STATCOM的作用，动态补偿接触网交流母线无功功率，稳定交流母线电压。

另外需要说明的是，图22所示为HVDC换流站（牵引接触网）分层控制系统结构图，基于MMC的控制系统可分成3个层次，从高层到低层分别为系统控制层、变流器控制层和阀控层。

系统级控制为系统的最高控制层,主要功能包含以下几个方面：与电力调度中心通信联系,接受调度中心的控制指令，并向通信中心传送有关的运行信息；根据调度中心的指令,改变运行模式及整定值；快速功率变化控制，包括功率的提升和功率的回降,主要用于对第一受端换流站或第二受端换流站MMC1，和第一送端换流站或第二送端换流站MMC2的紧急功率支援。

变流器控制层是HVDC换流站系统的核心层，通常采用双环控制,分别为外环功率控制和内环电流控制。其中外环控制器接受系统级控制器发出的指令参考值，根据控制目标产生合适的参考信号，并传递给内环电流控制器；内环电流控制器接受外环功率控制器的指令信号，经过一系列的运算得到变流器侧输出交流电压期望的参考值，并送到阀控层。变流器控制层的主要功能包括:有功功率控制、直流电压控制、无功功率控制、交流电压控制、频率控制等。

其中，本申请提供的一种牵引接触网中，高压直流输电具有快速调节响应和实现相互紧急功率支援的特点，用高压直流输电的换流站对牵引接触网进行联网，便于分区调度管理，有利于在故障时对牵引接触网系统快速紧急支援和限制事故扩大。本申请牵引接触网中的直流输电限流没有电抗，所以不存在交流电网的同步运行稳定性问题，也就是说，本申请的牵引接触网不受输电距离的制约，对保证牵引接触网和机车负载的温度运行可起到很大作用。

同时，由于直流输电线路的损耗小，在导线截面相同、输送有功功率相等的条件下，由于直流架空线路仅使用1根或2根导线，所以直流输电线路的有功损耗较小，并且具有“空间电荷”效应，其电能损耗和无线电干扰均比交流牵引接触网架空线路要小。同时，直流电缆线路的投资少，在相同条件下，当输电线路长度大于等价距离时，本申请的牵引接触网采用直流输电线路所需的建设费用与运行费用将比牵引接触网节省，电能损耗较之交流供电线路要小。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本申请所提供的一种牵引接触网进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (14)

1.一种牵引接触网，其特征在于，应用于机车负载，所述机车负载至少包括变频器和牵引电机，所述牵引接触网包括第一受端换流站和第一送端换流站，其中：

所述第一受端换流站与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，并将所述直流电进行输出；

所述第一送端换流站接收所述第一受端换流站输出的直流电，并将所述直流电进行逆变，得到单相交流电，并将所述单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述单相交流电进行整流及逆变生成三相交流电发送至所述牵引电机。

2.根据权利要求1所述的牵引接触网，其特征在于，所述牵引接触网还包括第一换流变压器和第二换流变压器，其中：

所述第一换流变压器将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第一受端换流站；

所述第二换流变压器接收所述第一送端换流站输出的单相交流电，并将所述单相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第一送端换流站输出的单相交流电的高电压单相交流电，再将所述高电压单相交流电输送至所述变频器，触发所述变频器将所述高电压单相交流电进行整流及逆变，生成三相交流电发送至所述牵引电机。

3.根据权利要求1所述的牵引接触网，其特征在于，所述牵引接触网还包括第一交流侧滤波器和第二交流侧滤波器，其中：

所述第一交流侧滤波器滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第一受端换流站；

所述第二交流侧滤波器滤除所述第一送端换流站输出的单相交流电中的谐波，并将滤除谐波后的单相交流电输送至所述变频器。

4.根据权利要求1、2或3所述的牵引接触网，其特征在于，所述第一受端换流站包括三个相单元，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器及依次串联的各个整流子模块，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第一受端换流站的第一交流输入端、第二交流输入端及第三交流输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第一受端换流站的第一直流输出端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一受端换流站的第二直流输出端相连接。

5.根据权利要求4所述的牵引接触网，其特征在于，所述整流子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

6.根据权利要求1、2或3所述的牵引接触网，其特征在于，所述第一送端换流站包括两个相单元，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器及依次串联的各个逆变子模块，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第一送端换流站的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第一送端换流站的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述第一送端换流站的第一交流输出端和第二交流输出端相连接。

7.根据权利要求6所述的牵引接触网，其特征在于，所述逆变子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述逆变子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述逆变子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

8.一种牵引接触网，其特征在于，应用于机车负载，所述机车负载包括牵引电机，所述牵引接触网包括第二受端换流站和至少一个第二送端换流站，其中：

所述第二受端换流站与电力系统相连接，将所述电力系统输出的三相交流电进行整流得到直流电，将所述直流电进行输出；

每一所述第二送端换流站接收所述第二受端换流站输出的直流电，并将所述直流电进行逆变得到三相交流电，并将所述三相交流电发送至所述牵引电机。

9.根据权利要求8所述的牵引接触网，其特征在于，所述牵引接触网还包括第三换流变压器和依次与每一所述第二送端换流站相连的第四换流变压器，其中：

所述第三换流变压器将所述电力系统输出的三相交流电进行能量转换，得到峰值低于所述电力系统输出的三相交流电的低电压三相交流电，并将所述低电压三相交流电输送至所述第二受端换流站；

所述第四换流变压器接收与其相连的第二送端换流站输出的三相交流电，并将所述三相交流电进行能量转换，得到峰值高于所述第二送端换流站输出的三相交流电的高电压三相交流电，再将所述高电压三相交流电发送至所述牵引电机。

10.根据权利要求8所述的牵引接触网，其特征在于，所述牵引接触网还包括：第三交流侧滤波器和，依次连接于所述各个第二送端换流站的第四交流侧滤波器，其中：

所述第三交流侧滤波器滤除所述电力系统输出的三相交流电中的谐波，再将滤除谐波后的三相交流电输送至所述第二受端换流站；

所述第四交流侧滤波器滤除与其相连的第二送端换流站输出的三相交流电中的谐波，再将滤除谐波后的三相交流电输送至所述牵引电机。

11.根据权利要求8、9或10所述的牵引接触网，其特征在于，所述第二受端换流站包括三个相单元，每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，每个桥臂单元包括至少一个整流子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输出端通过依次串联的各个整流子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输入端通过电抗器及依次串联的各个整流子模块，与所述第二桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输入端和第二桥臂单元输入端的连接线，依次与所述第二受端换流站的第一交流输入端、第二交流输入端及第三交流输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输出端相连，并与所述第二受端换流站的第一直流输出端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第二受端换流站的第二直流输出端相连接。

12.根据权利要求10所述的牵引接触网，其特征在于，所述整流子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

13.根据权利要求8、9或10所述的牵引接触网，其特征在于，所述第二送端换流站包括三个相单元，所述每个相单元包括第一桥臂单元和第二桥臂单元，所述每个桥臂单元包括至少一个逆变子模块和一个电抗器，其中：

所述每个相单元的第一桥臂单元中，所述第一桥臂单元的输入端通过依次串联的各个逆变子模块及电抗器，与所述第一桥臂单元的输出端相连接；

所述每个相单元的第二桥臂单元中，所述第二桥臂单元的输出端通过电抗器及依次串联的各个逆变子模块，与所述第二桥臂单元的输入端相连接；

所述每个相单元中第一桥臂单元的输入端相连接，并与所述第二送端换流站的第一直流输入端相连接，所述每个相单元中第二桥臂单元的输出端相连接，并与所述第二送端换流站的第二直流输入端相连接；

所述每个相单元中，第一桥臂单元输出端和第二桥臂输出端的连接线，依次与所述二送端换流站的第一交流输出端、第二交流输出端和第三交流输出端相连接。

14.根据权利要求13所述的牵引接触网，其特征在于，所述逆变子模块包括开关管T1、开关管T2、二极管D1、二极管D2和电容C，其中：

所述开关管T1的第一端通过所述电容C与所述开关管T2的第二端相连；

所述开关管T1的第二端与所述开关管T2的第一端相连；

所述二极管D1与所述开关管T1反向并联；

所述二极管D2与所述开关管T2反向并联；

所述整流子模块的输入端与所述开关管T1和所述开关管T2的连接线相连；

所述整流子模块的输出端与所述开关管T2和所述电容C的连接线相连。

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