CN104986057B - 轨道交通负电压回流直流供电系统 - Google Patents

轨道交通负电压回流直流供电系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104986057B
CN104986057B CN201510435085.0A CN201510435085A CN104986057B CN 104986057 B CN104986057 B CN 104986057B CN 201510435085 A CN201510435085 A CN 201510435085A CN 104986057 B CN104986057 B CN 104986057B
Authority
CN
China
Prior art keywords
converter
rail
traction substation
train
binding post
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510435085.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104986057A (zh
Inventor
郑琼林
杨晓峰
游小杰
郝瑞祥
李虹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Yifeishengjing Technology Co Ltd
Beijing Jiaotong University
Original Assignee
Beijing Yifeishengjing Technology Co Ltd
Beijing Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Yifeishengjing Technology Co Ltd, Beijing Jiaotong University filed Critical Beijing Yifeishengjing Technology Co Ltd
Priority to CN201510435085.0A priority Critical patent/CN104986057B/zh
Publication of CN104986057A publication Critical patent/CN104986057A/zh
Priority to PCT/CN2016/000334 priority patent/WO2017012284A1/zh
Priority to US15/746,519 priority patent/US10744880B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN104986057B publication Critical patent/CN104986057B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/06—Arrangements for consuming regenerative power
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/53—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells in combination with an external power supply, e.g. from overhead contact lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/42—Voltage source inverters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及轨道交通负电压回流直流供电系统，在传统直流供电系统基础上，增加了负电压回流线和实现负电压回流的直流变换器，采用负电压回流线替代传统直流供电系统中的走行轨回流线，可大幅降低或消除传统直流供电系统中存在的杂散迷流、走行轨对地电位过高带来的负面影响，能大大减小供电线路损耗，增大直流牵引变电所供电距离；同时，直流变换器可兼做列车再生制动能量的储能装置，用以提高直流供电系统再生制动能量利用效率并维持轨道交通直流供电系统的电压稳定。

Description

轨道交通负电压回流直流供电系统
技术领域
本发明涉及电气化轨道交通和电力电子直流变换技术领域，具体说是轨道交通负电压回流直流供电系统。
背景技术
世界各国的电气化轨道交通供电系统分为直流供电和交流供电两种方式。采用电气化线路的干线轨道交通(也称大铁路)，既有直流供电方式也有交流供电方式。采用电气化线路的城市轨道交通(包括地铁和轻轨等)，采用直流供电方式。干线轨道交通的直流供电系统，供电电压一般为3000V电压制式，城市轨道交通的直流供电系统，供电电压一般为1500V或750V电压制式。我国的城市轨道交通的直流供电系统两种电压制式都存在。北京和天津等早期修建地铁的城市，许多城轨交通线路的供电制式是直流750V；而上海和广州等后期修建地铁的城市，城轨交通线路的供电制式是直流1500V。直流供电电压为1500V或3000V的轨道交通线路，往往用高架接触网作为给列车供电的馈电线路；而直流供电电压为750V的轨道交通线路，往往用受电接触轨(由于列车的走行轨一般需要两条，所以受电接触轨也称“第三轨”)作为给列车供电的馈电线路。
随着经济发展和社会进步，世界各国大中城市的交通拥堵问题日益严重，修建地铁或轻轨等城市轨道交通，已经成为各国普遍采用的有效解决途径之一。目前，我国已有三十多个城市开始兴建城市轨道交通。截止到2014年底，全国有21个城市运营有88条城市轨道交通，运营总里程2787.25公里。
无论干线轨道交通，还是城市轨道交通，只要是采用直流供电系统，到目前为止，除了新加坡的城市轨道交通采用第四轨作为回流线外，其他国家和地区基本上都是以列车的走行轨作为回流线(走行轨回流线)。这种采用走行轨回流线的直流供电系统普遍存在如下问题：
(1)从列车返回直流牵引变电所的牵引回流，会通过走行轨对地绝缘不良的区域进入道床形成杂散迷流。杂散迷流会对走行轨、整体道床结构钢筋、隧道结构钢筋、桥梁钢筋以及城轨沿线的金属设备产生电化学腐蚀，进而影响城轨沿线各建筑结构和金属设备的使用寿命；
(2)由于走行轨的钢材料电阻率比较大，因此当流过大电流时存在走行轨对地电位过高的问题，容易导致走行轨电位限制装置频繁动作。
此外，轨道交通直流供电系统中，再生制动能量利用并不充分，大量的再生制动能量被制动电阻以发热的形式消耗，不仅产生极大的浪费，在地下线路运行时还带来了隧道温升问题。因此，采用能量回馈装置或超级电容储能装置把再生制动能量回收起来再利用是目前解决这一问题的主要办法。但是能量回馈装置(能量回馈电网)涉及到许多工程实际问题，而超级电容储能装置占地空间太大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供轨道交通负电压回流直流供电系统，在传统直流供电系统基础上，增加了负电压回流线和实现负电压回流的直流变换器，采用负电压回流线替代传统直流供电系统中的走行轨回流线，可大幅降低或消除传统直流供电系统中存在的杂散迷流、走行轨对地电位过高带来的负面影响，能大大减小供电线路损耗，增大直流牵引变电所供电距离；同时，直流变换器可兼做列车再生制动能量的储能装置，用以提高直流供电系统再生制动能量利用效率并维持轨道交通直流供电系统的电压稳定。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于，主要包括：
两电平输出或三电平输出的直流牵引变电所1，正电压馈电线2，走行轨3，负电压回流线4、直流变换器5，
所述负电压回流线4沿着走行轨设置，
所述直流变换器沿着走行轨设置若干个，
直流牵引变电所为两电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2，直流牵引变电所1的负极端12连接到走行轨3，直流变换器5的高电位接线端子51连接到正电压馈电线2，直流变换器5的中电位接线端子53连接到走行轨3，直流变换器5的低电位接线端子52连接到负电压回流线4；
直流牵引变电所为三电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2，直流牵引变电所1的中点端13连接到走行轨3，直流牵引变电所1的负极端12连接到负电压回流线4，直流变换器5的高电位接线端子51连接到正电压馈电线2，直流变换器5的中电位接线端子53连接到走行轨3，直流变换器5的低电位接线端子52连接到负电压回流线4。
在上述技术方案的基础上，直流变换器5的电流从中电位接线端子53流入时，就从高电位接线端子51和低电位接线端子52同时流出；反之，直流变换器5的电流从中电位接线端子53流出时，就从高电位接线端子51和低电位接线端子52同时流入；高电位接线端子51到中电位接线端子53之间的电压值与中电位接线端子53到低电位接线端子52之间的电压值可以相等，也可以不相等，但相等为优先选择；当高电位接线端子51到中电位接线端子53之间的电压值与中电位接线端子53到低电位接线端子52之间的电压值相等时，高电位接线端子51和低电位接线端子52同时流入或同时流出的电流值也相等。
在上述技术方案的基础上，直流变换器5的数量和相邻两个直流变换器5之间走行轨区段的距离，由直流牵引变电所1输出电平数、供电线路的长度、列车负荷以及列车运行追踪间隔等因素决定；相邻两个直流变换器5之间或直流变换器5与直流牵引变电所1之间的走行轨区段上只允许一列车运行作为走行轨区段距离的优选。
在上述技术方案的基础上，若直流牵引变电所1为两电平输出时，当走行轨上有列车6运行时，
非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4；
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5把其低电位接线端子52流入的负电压回流线4的电流和其高电位接线端子51流入的正电压馈电线2的部分电流变换为中电位接线端子53的输出电流，然后该电流直接返回到给列车6供电的直流牵引变电所1；
非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，则该连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流。
在上述技术方案的基础上，最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5的中电位接线端子53连接到该直流牵引变电所1的负极端12后再连接到走行轨3时，当走行轨上有列车运行时，该直流牵引变电所1与走行轨3连接点两边最邻近的走行轨区段上的电流最小。
在上述技术方案的基础上，若直流牵引变电所1为三电平输出时，当走行轨上有列车6运行时，
直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4后通过直流牵引变电所1的负极端12直接返回到直流牵引变电所1；
直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流。
在上述技术方案的基础上，最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5的中电位接线端子53和该直流牵引变电所1的中点端13分别连接到走行轨3上时，且该两个连接点之间的走行轨区段上有列车6运行时，该直流牵引变电所1的正极端11流过的电流和负极端12流过电流不相等。
在上述技术方案的基础上，所述直流变换器5包含有两组电容C51和C52，
其中：电容C51连接在直流变换器5的高电位接线端子51和直流变换器5中电位接线端子53之间，电容C52连接在直流变换器5的中电位接线端子53和直流变换器5低电位接线端子52之间。
在上述技术方案的基础上，将直流变换器的电容C51和C52用超级电容或者电池等储能单元全部替代或者部分替代后，直流变换器5不仅起到了负电压变换的功能，还起到了列车再生制动能量存储的功能。
本发明所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，在传统直流供电系统基础上，增加了负电压回流线和实现负电压回流的直流变换器，采用负电压回流线替代传统直流供电系统中的走行轨回流线，可大幅降低或消除传统直流供电系统中存在的杂散迷流、走行轨对地电位过高带来的负面影响，能大大减小供电线路损耗，增大直流牵引变电所供电距离；同时，直流变换器可兼做列车再生制动能量的储能装置，用以提高直流供电系统再生制动能量利用效率并维持轨道交通直流供电系统的电压稳定。
与已有技术相比，本发明有效克服了现有轨道交通直流供电系统中采用走行轨作为回流线所带来的杂散迷流问题，有利于提高轨道交通的建筑结构和金属设备的使用寿命，并有效降低走行轨对地电位过高的隐患；通过增加直流变换器及其负电压回流线，在无需增加现有机车绝缘等级的前提下，可有效增大供电线路的供电距离，降低直流供电系统线路的电流定额；另外，直流变换器中的电容用超级电容或电池等储能单元替换后，不仅起到了负电压变换的功能，还能兼作再生制动能量的储能装置，提高直流供电系统再生制动能量利用效率，而不必额外增加其他储能装置。
附图说明
本发明有如下附图：
图1(a)传统直流牵引供电方案一示意图，
图1(b)传统直流牵引供电方案一在一列列车运行时示意图，
图1(c)传统直流牵引供电方案一在两列列车运行时示意图，
图2(a)传统直流牵引供电方案二示意图，
图2(b)传统直流牵引供电方案二在一列列车运行时示意图，
图2(c)传统直流牵引供电方案二在两列列车运行时示意图，
图3(a)本发明方案一实施例一示意图，
图3(b)本发明方案一实施例一在一列列车运行时示意图1，
图3(c)本发明方案一实施例一在一列列车运行时示意图2，
图3(d)本发明方案一实施例二示意图，
图4(a)本发明方案二实施例一示意图，
图4(b)本发明方案二实施例一在一列列车运行时示意图1，
图4(c)本发明方案二实施例一在一列列车运行时示意图2，
图4(d)本发明方案二实施例二示意图，
图4(e)本发明方案二实施例三示意图，
图5(a)本发明方案三实施例一示意图，
图5(b)本发明方案三实施例一在一列列车运行时示意图1，
图5(c)本发明方案三实施例一在一列列车运行时示意图2，
图5(d)本发明方案三实施例二示意图，
图6(a)本发明方案四实施例一示意图，
图6(b)本发明方案四实施例一在一列列车运行时示意图1，
图6(c)本发明方案四实施例一在一列列车运行时示意图2，
图6(d)本发明方案四实施例二示意图，
图6(e)本发明方案四实施例三示意图，
图7(a)本发明负电压直流变换器实施例一示意图，
图7(b)本发明负电压直流变换器实施例二示意图，
图8(a)负电压直流变换器中的开关实施例一示意图，
图8(b)负电压直流变换器中的开关实施例二示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行更详细的说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
如图1(a、b、c)所示传统直流牵引供电方案一，轨道交通直流供电系统采用直流牵引变电所两电平输出单边供电，包括：直流牵引变电所1、负责给列车6输送电能的正电压馈电线2和走行轨3，其中走行轨3兼做直流牵引变电所的回流线。
所述直流牵引变电所1是两电平输出，正极端11与正电压馈电线2连接；负极端12与走行轨3连接，交流端14连接交流输入电源。直流牵引变电所1采用多脉波整流装置，典型的多脉波整流装置为24脉波整流装置，或者12脉波整流装置，或者18脉波整流装置。
图1(a，b，c)中，一段供电线路上(包括正电压馈电线2和走行轨3等)只有一个直流牵引变电所接入供电，因此称为单边供电。
如图1(b)所示，传统直流牵引供电方案一在一列列车运行时，牵引电流IC从直流牵引变电所1的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6后，牵引回流流入列车6和直流牵引变电所1之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1的负极端12返回直流牵引变电所1，形成一个完整的直流供电回路。
如图1(c)所示，传统直流牵引供电方案一在两列列车运行时，牵引电流IC从直流牵引变电所1的正极端11进入正电压馈电线2，一部分电流IC1到达列车6a，牵引回流流入列车6a和直流牵引变电所1之间的走行轨3；另一部分电流IC2到达列车6b，牵引回流流入列车6b和直流牵引变电所1之间的走行轨3；电流IC1和IC2最终均从直流牵引变电所1的负极端12返回直流牵引变电所1，形成一个完整的直流供电回路。
如图2(a、b、c)所示传统直流牵引供电方案二，轨道交通直流供电系统采用直流牵引变电所两电平输出双边供电，包括：直流牵引变电所1a和1b、负责给列车输送电能的正电压馈电线2和走行轨3，其中走行轨3兼做直流牵引变电所的回流线。
所述直流牵引变电所1a和1b是两电平输出，直流牵引变电所1a和1b的正极端11分别与正电压馈电线2连接；直流牵引变电所1a和1b的负极端12分别与走行轨3连接，直流牵引变电所1a和1b的交流端14分别连接交流输入电源。直流牵引变电所采用多脉波整流装置，典型的多脉波整流装置为24脉波整流装置，或者12脉波整流装置，或者18脉波整流装置。
图2(a，b，c)中，一段供电线路上(包括正电压馈电线2和走行轨3等)两端各有一个直流牵引变电所接入供电，因此称为双边供电。
如图2(b)所示，传统直流牵引供电方案二在一列列车运行时，牵引电流IC1从直流牵引变电所1a的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6后，牵引回流流入列车6和直流牵引变电所1a之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1a的负极端12返回直流牵引变电所1a；与此同时，牵引电流IC2从直流牵引变电所1b的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6后，牵引回流流入列车6和直流牵引变电所1b之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1b的负极端12返回直流牵引变电所1b；两部分电流共同形成一个完整的直流供电回路。
从图2(b)中可见，双边供电时，列车6的电流同时取自两个直流牵引变电所1a和1b，因此双边供电时正电压馈电线和走行轨回流线的电流都比单边供电时正电压馈电线和走行轨回流线的电流小。
如图2(c)所示，传统直流牵引供电方案二在两列列车运行时，
对于列车6a：牵引电流IC1a从直流牵引变电所1a的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6a后，牵引回流流入列车6a和直流牵引变电所1a之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1a的负极端12返回直流牵引变电所1a；与此同时，牵引电流IC2a从直流牵引变电所1b的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6a后，牵引回流流入列车6a和直流牵引变电所1b之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1b的负极端12返回直流牵引变电所1b；
对于列车6b：牵引电流IC1b从直流牵引变电所1a的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6b后，牵引回流流入列车6b和直流牵引变电所1a之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1a的负极端12返回直流牵引变电所1a；与此同时，牵引电流IC2b从直流牵引变电所1b的正极端11进入正电压馈电线2，到达列车6b后，牵引回流流入列车6b和直流牵引变电所1b之间的走行轨3，最终从直流牵引变电所1b的负极端12返回直流牵引变电所1b；
如此形成一个完整的直流供电回路。
针对图1(a，b，c)和图2(a，b，c)所述传统直流牵引供电方案，本发明采用如下改进方案：
本发明所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，主要包括：
两电平或三电平输出的直流牵引变电所1，正电压馈电线2，走行轨3，负电压回流线4、直流变换器5，
所述负电压回流线4沿着走行轨设置，
所述直流变换器5沿着走行轨设置若干个，
所述直流变换器5包括：高电位接线端子51，低电位接线端子52，中电位接线端子53，
直流牵引变电所为两电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2、直流牵引变电所1的负极端12连接到走行轨3，直流变换器5的高电位接线端子51连接到正电压馈电线2、直流变换器5的中电位接线端子53连接到走行轨3、直流变换器5的低电位接线端子52连接到负电压回流线4；
直流牵引变电所为三电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2、直流牵引变电所1的中点端13连接到走行轨3、直流牵引变电所1的负极端12连接到负电压回流线4，直流变换器5的高电位接线端子51到连接正电压馈电线2、直流变换器5的中电位接线端子53连接到走行轨3、直流变换器5的低电位接线端子52连接到负电压回流线4；
直流牵引变电所1和若干个直流变换器5与走行轨3的连接点把走行轨分3标记不同的区段，位于相邻两个连接点之间的走行轨称为“走行轨区段”。
直流变换器的高电位接线端子到中电位接线端子之间的电压值与中电位接线端子到低电位接线端子之间的电压值可以相等，也可以不相等，但相等为优先选择。
所述直流变换器用于实现负电压回流。根据直流变换器是否最邻近直流牵引变电所和列车运行位置等不同情况，具体分析如下：
情况1：直流牵引变电所1为两电平输出，当走行轨3上有列车6运行时，
1.1，非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4；
1.2，最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，把其低电位接线端子52流入的负电压回流线4的电流和其高电位接线端子51流入的正电压馈电线2的部分电流变换为中电位接线端子53的输出电流，然后该电流直接返回到给列车6供电的直流牵引变电所1；
1.3，非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，则该连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流；
情况2：直流牵引变电所1为三电平输出，当走行轨上有列车6运行时，
2.1，直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4后通过直流牵引变电所1的负极端12直接返回到直流牵引变电所1；
2.2，直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流。
显然，当相邻的两个直流变换器5之间的走行轨区段上没有列车6运行时，该走行区段上就没有电流流过，即该区段的走行轨3上没有牵引回流。
所述两电平输出的直流牵引变电所1可为传统的轨道交通直流供电系统原有的直流牵引变电所，所述正电压馈电线2可由第三轨或高架接触网构成。
在上述技术方案的基础上，所述直流牵引变电所可采用单边供电或双边供电方式，根据直流牵引变电所输出电平的不同，可细分为以下方案：
本发明方案一，如图3(a、b、c、d)所示的直流牵引变电所两电平输出单边供电方案，
本发明方案二，如图4(a、b、c、d、e)所示的直流牵引变电所两电平输出双边供电方案，
本发明方案三，如图5(a、b、c、d)所示的直流牵引变电所三电平输出单边供电方案，
本发明方案四，如图6(a、b、c、d、e)所示的直流牵引变电所三电平输出双边供电方案。
方案一和方案二中，直流牵引变电所1输出电压值(即正极端11和负极端12之间的电压值)是列车6的电压值。
方案三和方案四中，直流牵引变电所1输出电压值(即正极端11和负极端12之间的电压值)大于列车6的电压值，通常为列车6的电压值的两倍；直流牵引变电所1的正极端11和中点端13之间的电压值是列车6的电压值。
本发明方案一至方案四中，为便于系统设计和应用，一般把直流变换器5的参数设计成：高电位接线端子51到中电位接线端子53之间的电压，等于中电位接线端子53到低电位接线端子52之间的电压。这样直流变换器工作时，高电位接线端子和低电位接线端子的电流大小相等，方向为同时流入或同时流出。
本发明方案一至方案四中，直流变换器的数量和相邻两个直流变换器之间走行轨区段的距离，由直流牵引变电所输出类型(两电平还是三电平)和供电线路(包括正电压馈电线、走行轨和负电压回流线等)的长度、列车负荷和运行追踪间隔距离等因素决定；相邻两个直流变换器5之间或直流变换器5与直流牵引变电所1之间的走行轨区段上只允许一列车运行作为走行轨区段距离的优选。
为便于说明，附图所示的本发明方案一至方案四中假定设置了四个直流变换器5，图中分别标示为直流变换器5a、5b、5c和5d。当相邻的两个直流变换器之间的走行轨区段上没有列车6运行时，这区段的走行轨3理论上没有电流流过。本发明不仅大大减小了供电线路的损耗，而且最大程度地消除了走行轨3上的杂散迷流(迷流电流)。另外本发明所述直流变换器中的电容用超级电容或电池等储能单元替换后，还可兼用作列车再生制动能量的储能装置。
在上述技术方案的基础上，直流牵引变电所采用多脉波整流装置，典型的多脉波整流装置为24脉波整流装置，或者12脉波整流装置或者18脉波整流器。
本发明方案一实施例一示意图3(a)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1的负极端12连接到走行轨3，
直流牵引变电所1的交流端14连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的高电位接线端子51连接到直流牵引变电所1的正极端11后再连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53连接到直流牵引变电所1的负极端12后再连接到所述的走行轨3，
其余直流变换器5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案一实施例一工作过程如下：
如图3(b)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5b和直流变换器5c之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1输出的电流IC，
一部分经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1的电流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端的直流变换器5b、5c，再通过直流变换器5b、5c的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1，
另一部分流入最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5a的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1。
本方案中，从列车6返回到直流牵引变电所1的电流，只流经走行轨3上有列车运行的走行轨区段，和没有列车运行的其他走行轨区段之间的负电压回流线4。
如图3(c)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5d右侧的走行轨3上)，从直流牵引变电所1输出的电流IC，
一部分经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1的电流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端之一的直流变换器5d，再通过直流变换器5d的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1，同时直流变换器5d的高电位接线端子51输出的那部分电流直接回馈给列车6；
另一部分流入最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5a的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1。
本发明方案一实施例二示意图3(d)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1的正极端11连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1的负极端12连接到走行轨3，
直流牵引变电所1的交流端14连接交流输入电源，
直流变换器5a、5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2，
直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4，
直流变换器5a、5b、5c、5d的中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3。
显然，本发明方案一实施例二示意图3(d)中，当走行轨3上任何位置有列车6运行时，直流牵引变电所1的负极端12和最邻近的直流变换器5a的中电位接线端子53之间的走行轨区段上，流过返回该直流牵引变电所负极端12的全部牵引回流。
本发明方案二实施例一示意图4(a)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a、1b的正极端11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a、1b的负极端12分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所1a、1b的交流端14分别连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1a和1b的直流变换器5a、5d的高电位接线端子51分别连接到直流牵引变电所1a和1b的正极端11后再分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到直流牵引变电所1a和1b的负极端12后再分别连接到所述的走行轨3，
其余直流变换器5b、5c的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案二实施例一工作过程如下：
如图4(b)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5c和直流变换器5d之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1a和1b输出的电流IC1、IC2，
一部分经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1a和1b的电流，先通过列车6传输到走行轨3，然后分成两路，一路(IC2的一部分)通过最邻近列车6两端之一的直流变换器5d附近的直流牵引变电所1b的负极端直接返回到直流牵引变电所1b，另一路通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端之一的直流变换器5c，再通过直流变换器5c的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1a，同时，也通过最邻近直流牵引变电所1b的直流变换器5d的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1b，
另一部分流入最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5a的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1a，
还有另一部分流入最邻近直流牵引变电所1b的直流变换器5d的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5d的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1b。
如图4(c)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5b和直流变换器5c之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1a和1b输出的电流IC1、IC2，
一部分经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1a和1b的电流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端的直流变换器5b、5c，再通过直流变换器5b、5c的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1a，同时，也通过最邻近直流牵引变电所1b的直流变换器5d的低电位接线端子52、中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1b，
另一部分流入最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5a的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1a，
还有另一部分流入最邻近直流牵引变电所1b的直流变换器5d的高电位接线端子51，再通过所述直流变换器5d的中电位接线端子53返回到直流牵引变电所1b。
本发明方案二实施例二示意图4(d)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a、1b的正极端11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a、1b的负极端12分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所1a、1b的交流端14分别连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的高电位接线端子51连接到直流牵引变电所1a的正极端11后再连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53连接到直流牵引变电所1a的负极端12后再连接到所述的走行轨3，
其余直流变换器5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案二实施例三示意图4(e)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a、1b的正极端11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a、1b的负极端12分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所1a、1b的交流端14分别连接交流输入电源，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
显然，在图4(d)和图4(e)中，当走行轨3上任何位置有列车6运行时，直流牵引变电所1b的负极端12和最邻近的直流变换器5d的中电位接线端子53之间的走行轨区段上，流过返回该直流牵引变电所负极端12的全部牵引回流。
而本发明方案二实施例一示意图4(b)和图4(c)中，最邻近直流牵引变电所1b的直流变换器5d的中电位接线端子53流出的电流不经过走行轨3，而是经由直流变换器5d的中电位接线端子53和该直流牵引变电所1b的负极端12的连接点直接返回到该直流牵引变电所1。图4(b)有列车6运行在最邻近该连接点的走行轨区段上，故该走行轨区段上流有两个相反方向的电流，且两方向的电流绝对值之和等于该列车6的全部牵引回流；图4(c)没有列车6运行在该连接点最邻近的走行轨区段上，故该走行轨区段上没有电流。
本发明方案一和发明方案二表明：若直流牵引变电所1为两电平输出时，当走行轨上有列车6运行时，
非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，列车6所在的走行轨区段上有电流，且该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流通过正电压馈电线4回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4；
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5把其低电位接线端子52流入的负电压回流线4的电流和其高电位接线端子51流入的正电压馈电线4的部分电流变换为中电位接线端子53的输出电流，然后该电流直接返回到给列车6供电的直流牵引变电所1；
非最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5，且该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，则该连接点两边最邻近的走行轨区段上也没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流；
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5的中电位接线端子53连接到该直流牵引变电所1的负极端12后再连接到走行轨3时，该直流牵引变电所1附近走行轨3上的电流最小；
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5的中电位接线端子53和该直流牵引变电所1的负极端12分别连接到走行轨3时，直流牵引变电所1的负极端12和最邻近它的直流变换器5的中电位接线端子53之间的走行轨区段上流过返回该直流牵引变电所1的全部牵引回流。
本发明方案三实施例一示意图5(a)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1的正极端(正电平输出)11连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1的负极端(负电平输出)12连接到负电压回流线4，
直流牵引变电所1的中点端13(零电平输出)连接到走行轨3，
直流牵引变电所1的交流端14连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5a的高电位接线端子51连接到直流牵引变电所1的正极端11后再连接到正电压馈电线2，中电位接线端子53连接到直流牵引变电所的中点端13后再连接到走行轨3，
其余直流变换器5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2，中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案三实施例一工作过程如下：
如图5(b)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5b和直流变换器5c之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1输出的牵引电流IC，经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1的牵引回流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端的直流变换器5b、5c，再通过直流变换器5b、5c的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过直流牵引变电所1的负极端子12返回到直流牵引变电所1。
如图5(c)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5d右侧的走行轨3上)，从直流牵引变电所1输出的牵引电流IC，经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1的牵引回流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6直流变换器5d，再通过直流变换器5d的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，再通过直流牵引变电所1的负极端子12返回到直流牵引变电所1。
本发明方案三实施例二示意图5(d)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1的正极端(正电平输出)11连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1的负极端(负电平输出)12连接到负电压回流线4，
直流牵引变电所1的中点端13(零电平输出)连接到走行轨3，
直流牵引变电所1的交流端14连接交流输入电源，
直流变换器5a、5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2，
直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4，
直流变换器5a、5b、5c、5d的中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3。
本发明方案四实施例一示意图6(a)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a和1b的正极端(正电平输出)11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a和1b的负极端(负电平输出)12分别连接到负电压回流线4，
直流牵引变电所1a和1b的中点端13(零电平输出)分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所的交流端14分别连接交流输入电源，
直流变换器5a、5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2，
直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4，
直流变换器5a、5b、5c、5d的中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3。
本发明方案四实施例一工作过程如下：
如图6(b)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5c和直流变换器5d之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1a和1b输出的牵引电流IC1、IC2，经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1a和1b的牵引回流，先通过列车6传输到走行轨3，再通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6两端的直流变换器5c、5d，再通过直流变换器5c、5d的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，然后IC1、IC2分别通过直流牵引变电所1a和1b的负极端12返回到直流牵引变电所1a和1b。
如图6(c)所示，当走行轨3上有列车6运行时(一列列车6运行于直流变换器5a和直流牵引变电所1a之间的走行轨3上)，从直流牵引变电所1a和1b输出的牵引电流IC1、IC2，经正电压馈电线2传输到列车6，从列车6返回到直流牵引变电所1a和1b的牵引回流，先通过列车6传输到走行轨3，一部分电流直接通过走行轨3返回直流牵引变电所1a的中点端13，另一部分通过中电位接线端子53传输到最邻近列车6的直流变换器5a，再通过该直流变换器5a的低电位接线端子52传输到负电压回流线4，然后IC1的一部分、IC2分别通过直流牵引变电所1a和1b的负极端12返回到直流牵引变电所1a和1b。
本发明方案四实施例二示意图6(d)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a和1b的正极端(正电平输出)11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a和1b的负极端(负电平输出)12分别连接到负电压回流线4，
直流牵引变电所1a和1b的中点端13(零电平输出)分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所1a和1b的交流端14分别连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1a的直流变换器5a的高电位接线端子51连接到直流牵引变电所1a的正极端11后再连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53连接到直流牵引变电所1a的中点端13后再连接到所述的走行轨3，
其余直流变换器5b、5c、5d的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案四实施例三示意图6(e)中，具体接线方式如下：
直流牵引变电所1a和1b的正极端(正电平输出)11分别连接到正电压馈电线2，
直流牵引变电所1a和1b的负极端(负电平输出)12分别连接到负电压回流线4，
直流牵引变电所1a和1b的中点端13(零电平输出)分别连接到走行轨3，
直流牵引变电所1a和1b的交流端14分别连接交流输入电源，
最邻近直流牵引变电所1a和1b的直流变换器5a和5d的高电位接线端子51分别连接到直流牵引变电所1a和1b的正极端11后再连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到直流牵引变电所1a和1b的中点端13后再连接到所述的走行轨3，
其余直流变换器5b、5c的高电位接线端子51分别连接到所述的正电压馈电线2、中电位接线端子53分别连接到所述的走行轨3，
所有直流变换器5a、5b、5c、5d的低电位接线端子52分别连接到所述的负电压回流线4。
本发明方案三和发明方案四表明：若直流牵引变电所1为三电平输出时，当走行轨3上有列车6运行时，
直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车6运行时，该直流变换器5把列车6传输到走行轨3上的电流通过中电位接线端子53输入变换为高电位接线端子51输出和低电位接线端子52输出两部分，其中：高电位接线端子51输出的那部分电流通过正电压馈电线2回馈给列车6，低电位接线端子52输出的那部分电流传输到负电压回流线4后通过直流牵引变电所1的负极端12直接返回到直流牵引变电所1；
直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车6运行时，该直流变换器5中电位接线端子53和走行轨3的连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器5的三个接线端子也没有电流；
最邻近直流牵引变电所1的直流变换器5的中电位接线端子53和该直流牵引变电所1的中点端13分别连接到走行轨3上时，该两个连接点之间的走行轨区段上有列车6运行时，该直流牵引变电所1的正极端11流过的电流和负极端12流过电流不相等。
图7(a)为本发明的直流变换器5的第一种实现形式。
开关S11的阳极和电容C51的正极相连，连接点作为直流变换器5的高电位接线端子51；开关S12的阴极和电容C52的负极相连，连接点作为直流变换器5的低电位接线端子52；电容C51的负极和电容C52的正极相连，连接点作为直流变换器5的中电位接线端子53；开关S11的阴极和开关S12的阳极相连，连接点通过电感Lr和中电位接线端子53连接。
将上述电容C51和C52用超级电容或者电池等储能单元全部替代或者部分替代后，直流变换器5不仅起到了负电压变换的功能，还起到了列车再生制动能量存储的功能。
图7(b)为本发明的直流变换器5的第二种实现形式。
开关S11的阳极和电容C51的正极相连，连接点作为直流变换器5的高电位接线端子51；开关S22的阴极和电容C52的负极相连，连接点作为直流变换器5的低电位接线端子52；电容C51的负极和电容C52的正极相连，连接点作为直流变换器5的中电位接线端子53；开关S12的阴极和开关S21的阳极相连，连接点为中电位接线端子53；开关S11的阴极和开关S12的阳极相连，连接点为a；开关S21的阴极和开关S22的阳极相连，连接点为b；电感Lr和电容Cr串联构成谐振支路，该谐振支路的两个端子分别连接到连接点a和连接点b上。
将上述电容C51和C52用超级电容或者电池等储能单元全部替代或者部分替代后，直流变换器5不仅起到了负电压变换的功能，还起到了列车再生制动能量存储的功能。
在上述技术方案的基础上，所述直流变换器中的开关，可按图8(a)实施，图8(a)为半导体功率开关的IGBT等效示意图。也可按图8(b)实施，图8(b)为半导体功率开关的IGCT等效示意图。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (12)

1.轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于，主要包括：
两电平输出或三电平输出的直流牵引变电所(1)，正电压馈电线(2)，走行轨(3)，负电压回流线(4)、直流变换器(5)，
所述负电压回流线(4)沿着走行轨设置，
所述直流变换器沿着走行轨设置若干个，
直流牵引变电所为两电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所(1)的正极端(11)连接到正电压馈电线(2)，直流牵引变电所(1)的负极端(12)连接到走行轨(3)，直流变换器(5)的高电位接线端子(51)连接到正电压馈电线(2)，直流变换器(5)的中电位接线端子(53)连接到走行轨(3)，直流变换器(5)的低电位接线端子(52)连接到负电压回流线(4)；
直流牵引变电所为三电平输出时，连接方式为：直流牵引变电所(1)的正极端(11)连接到正电压馈电线(2)，直流牵引变电所(1)的中点端(13)连接到走行轨(3)，直流牵引变电所(1)的负极端(12)连接到负电压回流线(4)，直流变换器(5)的高电位接线端子(51)连接到正电压馈电线(2)，直流变换器(5)的中电位接线端子(53)连接到走行轨(3)，直流变换器(5)的低电位接线端子(52)连接到负电压回流线(4)。
2.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：直流变换器(5)的电流从中电位接线端子(53)流入时，就从高电位接线端子(51)和低电位接线端子(52)同时流出；反之，直流变换器(5)的电流从中电位接线端子(53)流出时，就从高电位接线端子(51)和低电位接线端子(52)同时流入；高电位接线端子(51)到中电位接线端子(53)之间的电压值与中电位接线端子(53)到低电位接线端子(52)之间的电压值可以相等，也可以不相等；当高电位接线端子(51)到中电位接线端子(53)之间的电压值与中电位接线端子(53)到低电位接线端子(52)之间的电压值相等时，高电位接线端子(51)和低电位接线端子(52)同时流入或同时流出的电流值也相等。
3.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：直流变换器(5)的数量和相邻两个直流变换器(5)之间走行轨区段的距离，由直流牵引变电所(1)输出电平数、供电线路的长度、列车负荷以及列车运行追踪间隔决定。
4.如权利要求3所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：相邻两个直流变换器(5)之间或直流变换器(5)与直流牵引变电所(1)之间的走行轨区段上只允许一列车运行作为走行轨区段距离的优选。
5.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：若直流牵引变电所(1)为两电平输出时，当走行轨上有列车(6)运行时，
非最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)，且该直流变换器(5)中电位接线端子(53)和走行轨(3)的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车(6)运行时，该直流变换器(5)把列车(6)传输到走行轨(3)上的电流通过中电位接线端子(53)输入变换为高电位接线端子(51)输出和低电位接线端子(52)输出两部分，其中：高电位接线端子(51)输出的那部分电流回馈给列车(6)，低电位接线端子(52)输出的那部分电流传输到负电压回流线(4)；
最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)把其低电位接线端子(52)流入的负电压回流线(4)的电流和其高电位接线端子(51)流入的正电压馈电线(2)的部分电流变换为中电位接线端子(53)的输出电流，然后该电流直接返回到给列车(6)供电的直流牵引变电所(1)；
非最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)，且该直流变换器(5)中电位接线端子(53)和走行轨(3)的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车(6)运行时，则该连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器(5)的三个接线端子也没有电流。
6.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)的中电位接线端子(53)连接到该直流牵引变电所(1)的负极端(12)后再连接到走行轨(3)时，当走行轨上有列车运行时，该直流牵引变电所(1)与走行轨(3)连接点两边最邻近的走行轨区段上的电流最小。
7.如权利要求5所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)的中电位接线端子(53)连接到该直流牵引变电所(1)的负极端(12)后再连接到走行轨(3)时，当走行轨上有列车运行时，该直流牵引变电所(1)与走行轨(3)连接点两边最邻近的走行轨区段上的电流最小。
8.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：若直流牵引变电所(1)为三电平输出时，当走行轨上有列车(6)运行时，
直流变换器(5)中电位接线端子(53)和走行轨(3)的连接点两边最邻近的走行轨区段上至少有一边走行轨区段上有列车(6)运行时，该直流变换器(5)把列车(6)传输到走行轨(3)上的电流通过中电位接线端子(53)输入变换为高电位接线端子(51)输出和低电位接线端子(52)输出两部分，其中：高电位接线端子(51)输出的那部分电流回馈给列车(6)，低电位接线端子(52)输出的那部分电流传输到负电压回流线(4)后通过直流牵引变电所(1)的负极端(12)直接返回到直流牵引变电所(1)；
直流变换器(5)中电位接线端子(53)和走行轨(3)的连接点两边最邻近的走行轨区段上都没有列车(6)运行时，该直流变换器(5)中电位接线端子(53)和走行轨(3)的连接点两边最邻近的走行轨区段上没有电流，该直流变换器(5)的三个接线端子也没有电流。
9.如权利要求1所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)的中电位接线端子(53)和该直流牵引变电所(1)的中点端(13)分别连接到走行轨(3)上时，且该两个连接点之间的走行轨区段上有列车(6)运行时，该直流牵引变电所(1)的正极端(11)流过的电流和负极端(12)流过电流不相等。
10.如权利要求8所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：最邻近直流牵引变电所(1)的直流变换器(5)的中电位接线端子(53)和该直流牵引变电所(1)的中点端(13)分别连接到走行轨(3)上时，且该两个连接点之间的走行轨区段上有列车(6)运行时，该直流牵引变电所(1)的正极端(11)流过的电流和负极端(12)流过电流不相等。
11.如权利要求1至10中任一所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：所述直流变换器(5)包含有两组电容C51和C52，
其中：电容C51连接在直流变换器(5)的高电位接线端子(51)和直流变换器(5)中电位接线端子(53)之间，电容C52连接在直流变换器(5)的中电位接线端子(53)和直流变换器(5)低电位接线端子(52)之间。
12.如权利要求11所述的轨道交通负电压回流直流供电系统，其特征在于：将直流变换器的电容C51和C52用超级电容或者电池全部替代或者部分替代后，直流变换器(5)不仅起到了负电压变换的功能，还起到了列车再生制动能量存储的功能。
CN201510435085.0A 2015-07-22 2015-07-22 轨道交通负电压回流直流供电系统 Active CN104986057B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510435085.0A CN104986057B (zh) 2015-07-22 2015-07-22 轨道交通负电压回流直流供电系统
PCT/CN2016/000334 WO2017012284A1 (zh) 2015-07-22 2016-06-22 轨道交通负电压回流直流供电系统
US15/746,519 US10744880B2 (en) 2015-07-22 2016-06-22 Negative voltage backflow direct current supply system for rail transport

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510435085.0A CN104986057B (zh) 2015-07-22 2015-07-22 轨道交通负电压回流直流供电系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104986057A CN104986057A (zh) 2015-10-21
CN104986057B true CN104986057B (zh) 2017-06-09

Family

ID=54297996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510435085.0A Active CN104986057B (zh) 2015-07-22 2015-07-22 轨道交通负电压回流直流供电系统

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10744880B2 (zh)
CN (1) CN104986057B (zh)
WO (1) WO2017012284A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111146823A (zh) * 2019-12-18 2020-05-12 北京交通大学 高压直流城市轨道交通牵引供电系统

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104986057B (zh) 2015-07-22 2017-06-09 北京交通大学 轨道交通负电压回流直流供电系统
CN107884636B (zh) * 2017-09-27 2019-12-20 北京交通大学 轨道电阻动态模拟系统
CN108297741B (zh) * 2017-12-22 2019-10-29 北京交通大学 一种降低地铁列车轨道电位系统
CN108320653B (zh) * 2018-01-08 2020-01-07 北京交通大学 城市轨道交通双列车模拟系统
CN108162803B (zh) * 2018-01-19 2023-07-18 中铁二院工程集团有限责任公司 组合式定向导通回流装置
CN108162809B (zh) * 2018-01-19 2023-07-18 中铁二院工程集团有限责任公司 定向导通回流装置
CN109094427B (zh) * 2018-08-23 2023-09-22 南京铁道职业技术学院 基于电压补偿的地铁杂散电流抑制系统及方法
EP3848063A4 (en) 2018-09-03 2021-10-27 FUJIFILM Corporation GEL FORMATION KIT, GEL AND METHOD FOR MANUFACTURING GEL
CN109256771B (zh) * 2018-10-16 2022-05-17 国网湖南省电力有限公司 地铁杂散电流及其引起的变压器中性点直流电流计算方法
CN109484199B (zh) * 2018-12-21 2023-05-26 西南交通大学 一种利用电气化铁路再生制动能量的供电构造及其方法
CN109703418B (zh) * 2019-02-13 2024-05-28 盾石磁能科技有限责任公司 用储能装置解决钢轨电位问题的系统和方法
CN114148176B (zh) * 2020-09-07 2023-09-26 中车株洲电力机车研究所有限公司 稳压目标值的确定方法及装置、能量回馈方法及装置
CN112765761B (zh) * 2020-11-18 2024-06-25 广州地铁设计研究院股份有限公司 一种轨道交通杂散电流泄露量计算方法
US11999267B2 (en) 2021-01-20 2024-06-04 Abb Schweiz Ag Power line system with ripple generator for electric vehicles
CN112924816B (zh) * 2021-02-02 2022-09-30 广州市扬新技术研究有限责任公司 一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案
CN113212254B (zh) * 2021-06-10 2023-06-20 贵州电网有限责任公司 一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法
CN113408093B (zh) * 2021-06-29 2022-04-29 西南交通大学 一种基于遗传算法的电容隔直装置配置优化方法
CN115600458B (zh) * 2022-10-11 2024-05-10 苏州大学 一种计及三维地系统的杂散电流动态分布计算方法
CN115549196A (zh) * 2022-10-17 2022-12-30 重庆中车时代电气技术有限公司 一种城轨智能牵引供电系统及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07246866A (ja) * 1994-03-08 1995-09-26 Toshiba Corp き電装置
WO2000026054A1 (en) * 1998-11-04 2000-05-11 Balfour Beatty Plc Dc traction power supply
CN104369676A (zh) * 2014-04-30 2015-02-25 吉林大学 高速客运专线全程无负序供电系统

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4463400A (en) * 1983-01-13 1984-07-31 Westinghouse Electric Corp. DC Static switch with phase commutation
US5598935A (en) 1993-03-18 1997-02-04 American Crane Corporation Frame structure for lift crane machinery
JP2897983B2 (ja) 1997-08-04 1999-05-31 鹿島建設株式会社 起伏式クレーン
JP2000147048A (ja) 1998-11-17 2000-05-26 Railway Technical Res Inst 交流ｂｔき電回路故障判定装置
CN2403619Y (zh) 1999-08-25 2000-11-01 铁道部第四勘测设计院电气化设计研究处 直流牵引供电线路结构
DE10155006B4 (de) 2001-11-06 2004-12-16 Terex-Demag Gmbh & Co. Kg Fahrzeugkran mit Superlifteinrichtung
JP4341836B2 (ja) * 2004-05-27 2009-10-14 本田技研工業株式会社 可搬型発電機
CN202080150U (zh) * 2011-05-16 2011-12-21 西南交通大学 电气化铁路混合供电装置
CN103539025B (zh) 2012-07-12 2015-10-28 北汽福田汽车股份有限公司 起重机的配重设备及具有其的起重机
CN202729612U (zh) 2012-07-12 2013-02-13 三一重工股份有限公司 起重机移动配重的控制装置和起重机
CN203186126U (zh) 2013-04-24 2013-09-11 西南交通大学 一种低频牵引供电系统
CN103552487B (zh) 2013-10-17 2015-11-18 南车株洲电力机车研究所有限公司 一种同相供电装置及牵引供电系统
CN104009657A (zh) 2014-04-29 2014-08-27 株洲变流技术国家工程研究中心有限公司 一种直流牵引供电装置
CN104326383B (zh) 2014-10-14 2017-03-01 太原重工股份有限公司 起重机及其力矩自平衡装置与方法
CN104986057B (zh) * 2015-07-22 2017-06-09 北京交通大学 轨道交通负电压回流直流供电系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07246866A (ja) * 1994-03-08 1995-09-26 Toshiba Corp き電装置
WO2000026054A1 (en) * 1998-11-04 2000-05-11 Balfour Beatty Plc Dc traction power supply
CN104369676A (zh) * 2014-04-30 2015-02-25 吉林大学 高速客运专线全程无负序供电系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111146823A (zh) * 2019-12-18 2020-05-12 北京交通大学 高压直流城市轨道交通牵引供电系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20180208063A1 (en) 2018-07-26
US10744880B2 (en) 2020-08-18
CN104986057A (zh) 2015-10-21
WO2017012284A1 (zh) 2017-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104986057B (zh) 轨道交通负电压回流直流供电系统
CN100527562C (zh) 一种基于YNd11接线变压器的交流电气化铁道牵引同相供电装置
CN108297741B (zh) 一种降低地铁列车轨道电位系统
CN201077368Y (zh) 一种电气化铁道同相牵引供电系统
CN103434420B (zh) 基于电动汽车充电的制动能量回收式直流牵引供电系统
CN103241138B (zh) 一种低频牵引供电系统
CN106026185A (zh) 三电平地铁能量回馈与谐波治理一体化装置及其控制方法
CN109950921A (zh) 分布式智能铁路再生电能利用系统
Bartłomiejczyk Smart grid technologies in electric power supply systems of public transport
CN109204006A (zh) 一种应用于交流电气化铁路再生能利用系统
CN207631024U (zh) 一种三相牵引供电系统
CN204145012U (zh) 一种用于超级电容储能式有轨电车的地面成套充电装置
CN104943567B (zh) 一种电气化铁路双流制牵引供电系统及供电方法
CN204037372U (zh) 应用于城市轨道交通牵引供电系统的谐振抑制电路
CN102963272B (zh) 一种交流电气化铁道贯通同相供电系统
CN206117184U (zh) 光伏与电气化铁路相结合的供电结构
Liu et al. Control scheme for reducing rail potential and stray current in MRT systems
CN203358379U (zh) 一种含分布式电源的制动能量回收式直流牵引供电系统
CN203039366U (zh) 一种交流电气化铁道贯通同相供电装置
CN204978290U (zh) 一种电气化铁路牵引供电构造
CN208134141U (zh) 一种独立铁芯三相Vv接线牵引变电所同相供电构造
CN105150881A (zh) 新型地铁牵引供电线系统正线钢轨与回流电缆接线方法
CN108120887B (zh) 轨道交通迷流模拟系统
CN105667348B (zh) 基于轨道电路模式的车辆段回流电缆与钢轨接线新方法
CN111146823B (zh) 高压直流城市轨道交通牵引供电系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant