CN114906015B - 一种电气化铁路交直流牵引供电构造与控制方法 - Google Patents

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CN114906015B CN202210419627.5A CN202210419627A CN114906015B CN 114906015 B CN114906015 B CN 114906015B CN 202210419627 A CN202210419627 A CN 202210419627A CN 114906015 B CN114906015 B CN 114906015B
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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路交直流牵引供电构造与控制方法，涉及电气化铁路供电技术领域。牵引变压器TT次边的两个绕组中，相邻的两个抽头互联并接地，另外两个抽头分别与交流牵引供电系统的具有分段结构的左右两段母线AB并接，形成两个供电端口，左侧记为α端口，右侧记为β端口，单相功率变换器SPC一侧经降压变压器MT1连接到α端口，另一侧经降压变压器MT2连接到β端口。单相功率变换器SPC的交直交变流器ADA直流侧与直流母线DB并接，为列车提供所需功率，实现了交流和直流的同所供电，主要用于交直流牵引并存的场合。

Description

一种电气化铁路交直流牵引供电构造与控制方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路牵引供电技术领域，特别涉及一种交直流双流制牵引供电技术。
背景技术
目前，我国电气化铁路所采用的供电制式为工频单相交流制，额定电压为27.5kV或2×27.5kV。我国现代地铁、轻轨等城市轨道交通大多采用直流制，规定国内城市轨道交通的供电制式为DC750V和DC1500V，DC1500V电压较多的应用于架空接触网，DC750V电压较多的应用于接触轨。
随着我国电气化铁路和城市轨道交通的飞快发展，交通网络进一步扩大和完善，不可避免地会出现交流牵引供电系统和直流牵引供电系统在某一交通枢纽并存的情况。传统的两者独立的供电制式已无法满足一体化需求，交直流双制式牵引变电所方案可用于在交流电力牵引车辆与直流城轨牵引车辆过渡的地段，也可用于对部分铁路现有牵引变电所的多制式进行供电改造。该方案能避免大量的重复建设和资源浪费，降低建造成本，再生制动能量能得到充分利用。再者我国机车车辆制造企业需要满足不同类型电气化轨道车辆的市场需求，建设双流制牵引供电系统，能降低投资成本，使其更加高效、经济的运行。因此有必要对交直流双流制牵引供电方案进行研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种电气化铁路交直流牵引供电构造，它能有效地解决兼容直流和交流供电，并且能调节变电所出口处的功率分配的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种电气化铁路交直流牵引供电构造，包括牵引变电所内的三相高压母线HB、采用Scott接线的牵引变压器TT和测控系统MCS，其中，电压互感器PT1、电压互感器PT2、电压变送器VD、电流互感器CT1和电流互感器CT2、分流器RW和控制器CD构成测控系统MCS；所述牵引变压器TT为双绕组三抽头结构，原边第二绕组的一个抽头连接在第一绕组的中点，第一绕组和第二绕组两侧的两个抽头与三相高压母线HB的任意两相相连，中间抽头接入高压母线HB的另一相；次边的两个绕组中相邻的两个抽头互联并接地，另外两个抽头分别与交流牵引供电系统的具有分段结构的左右两段母线AB并接，形成两个供电端口，左侧记为α端口，右侧记为β端口，两端口之间的电压相位相差为90°；单相功率变换器SPC包括降压变压器MT 1、降压变压器MT2和交直交变流器ADA，单相功率变换器SPC一侧经降压变压器MT1连接到α端口，另一侧经降压变压器MT2连接到β端口；交直交变流器ADA的直流侧与直流母线DB并接；交流牵引供电系统的α端口、β端口分别串接电流互感器CT1和电流互感器CT2，且并接电压互感器PT1和电压互感器PT2后，一端接入交流接触网OCS，另一端接入钢轨并接地；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；所述的测控系统MCS中控制器CD的信号输入端分别与电压互感器PT、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的信号输出端与单相功率变换器SPC的控制端相连。
所述的单相功率变换器SPC的交直交变流器ADA，其直流侧与直流母线DB并接，为直流牵引负荷提供所需功率，形成在同一个牵引变电所内交流牵引供电系统和直流牵引供电系统并存的供电构造。
所述的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，所述交流牵引供电系统的α端口、β端口，均有一端接至接触网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，所述交流牵引供电系统的α端口、β端口，均有一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线；直流牵引供电系统中直流电压稳定可控，再生能量能够直接反馈给牵引变电所。
所述的直流牵引供电系统中，当只有直流牵引供电系统中存在运行列车时，通过测控系统MCS计算出直流负荷功率SLZ，直流牵引供电系统运行列车牵引工况消耗电能由变流器C1经α端口、由变流器C2经β端口获取，两个通道各提供一半功率流向运行列车；运行列车再生工况产生电能由α端口经变流器C1、β端口经变流器C2这两个通道反馈至牵引变电所，两个通道各反馈一半功率至牵引变电所。
一种电气化铁路交直流牵引供电构造的控制方法，直流牵引供电系统和交流牵引供电系统均存在运行列车时，以三相电压不平衡满足国家标准为目标控制功率潮流；具体方案如下：
(1)通过测控系统MCS计算出α端口的交流负荷功率SL1、β端口的交流负荷功率SL2、直流负荷功率SLZ和三相高压母线HB负序允许量大小Sε，并得到同一时刻，α端口、β端口交流负荷功率经过α端口或β端口任意一个通道所产生的负序功率，α端口、β端口交流负荷产生的负序功率大小与各自端口交流负荷功率大小相同；牵引负荷无功功率由静止无功补偿装置SVG完全补偿；
(2)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，另一个端口列车处于再生工况，假设为β端口，直流牵引供电系统的列车处于牵引工况时：
β端口再生功率经单相功率变换器SPC优先被α端口交流牵引列车利用，次优被直流牵引供电系统的牵引列车利用，最后反馈至牵引变电所；β端口再生功率被利用后，如果α端口交流牵引列车仍需牵引功率，则α端口交流牵引列车所需其余牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果直流牵引列车仍需牵引功率，则直流牵引列车所需其余牵引功率由α端口、β端口各提供一半；如果被交流牵引列车和直流牵引列车利用完后，β端口仍有剩余再生功率，则根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；
(3)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，另一个端口列车处于再生工况，假设为β端口，直流牵引供电系统的列车处于再生工况时：
α端口交流牵引列车经单相功率变换器SPC优先利用β端口再生功率，次优利用直流牵引列车再生功率，最后由α端口、β端口提供牵引功率；再生功率被α端口交流牵引列车利用后，如果β端口仍有剩余再生功率，则β端口剩余再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车仍有剩余再生功率，则直流牵引列车剩余再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；如果利用完β端口再生功率和直流牵引列车再生功率，α端口交流牵引列车仍需牵引功率，则根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供所需其余牵引功率；
(4)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于牵引工况，直流牵引供电系统的运行列车处于再生工况时：
如果直流牵引列车再生功率的值小于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车牵引功率的值，直流再生功率经单相功率变换器SPC各分配一半至α端口、β端口被交流牵引列车利用，交流牵引列车所需的其余牵引功率，根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果直流牵引列车再生功率的值大于等于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车牵引功率的值，直流再生功率经单相功率变换器SPC优先被牵引功率较小的供电端口的交流牵引列车利用，剩余再生功率被另一供电端口交流牵引列车利用，另一供电端口交流牵引列车所需的其余牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果被α端口、β端口交流牵引列车利用后直流再生功率仍有剩余，剩余再生功率经变流器C1和变流器C2由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；
(5)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于再生工况，直流牵引供电系统的运行列车处于牵引工况时：
如果直流牵引列车牵引功率的值小于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车再生功率的值，直流牵引列车所需牵引功率由α端口、β端口的交流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC各提供一半，α端口、β端口中剩余的再生功率，根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车牵引功率的值大于等于α端口、β端口中任一供电端口的交流牵引列车再生功率的值，直流牵引列车经单相功率变换器SPC优先利用再生功率值较小的供电端口的再生功率，再利用另一供电端口的再生功率，另一供电端口的剩余再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车利用α端口、β端口的再生功率后仍需牵引功率，剩余牵引功率由α端口、β端口各提供一半；
(6)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于牵引工况，直流牵引供电系统的运行列车也处于牵引工况时，直流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口各提供一半，交流牵引列车的牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；
(7)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于再生工况，直流牵引供电系统的运行列车也处于再生工况时，直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，交流牵引列车的再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明可以实现对三相电力系统功率潮流的调节和负序的补偿，有效地解决了电气化铁路以负序为主的电能质量问题；
二、本发明可实现交流和直流的同所供电，利用现有的单相功率变换器SPC为直流系统供电，有效地减少牵引变电所的建设面积和成本；
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牵引变电所。
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
图1是本发明实施例一中所述的适合直供方式的电气化铁路交直流牵引供电构造拓扑结构示意图。
图2是本发明实施例一中所述的适合AT供电方式的电气化铁路交直流牵引供电构造拓扑结构示意图。
图3是本发明实施例一中所述的交直交变流器ADA拓扑结构示意图。
具体实施方式
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大小Sε为补偿目标，通过控制单相功率变换器SPC，兼顾直流和交流供电，并对电气化铁路的功率进行调节和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。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供了一种电气化铁路交直流牵引供电构造，所述牵引变压器TT为双绕组三抽头结构，原边第二绕组的一个抽头连接在第一绕组的中点，第一绕组和第二绕组两侧的两个抽头与三相高压母线HB的任意两相相连，中间抽头接入高压母线HB的另一相；次边的两个绕组中相邻的两个抽头互联并接地，另外两个抽头分别与交流牵引供电系统的具有分段结构的左右两段母线AB并接，形成两个供电端口，左侧记为α端口，右侧记为β端口，两端口之间的电压相位相差为90°；单相功率变换器SPC包括降压变压器MT1、降压变压器MT2和交直交变流器ADA，单相功率变换器SPC一侧经降压变压器MT1连接到α端口，另一侧经降压变压器MT2连接到β端口；交直交变流器ADA的直流侧与直流母线DB并接；交流母线AB的α端口、β端口分别串接电流互感器CT1和电流互感器CT2，且并接电压互感器PT1和电压互感器PT2后，一端接入交流接触网OCS，另一端接入钢轨并接地；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；若牵引网供电方式为AT供电方式，如图2所示，所述交流牵引供电系统的α端口、β端口，均有一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线；牵引变压器TT为双绕组三抽头结构，原边第二绕组的一个抽头连接在第一绕组的中点，第一绕组和第二绕组两侧的两个抽头与三相高压母线HB的任意两相相连，中间抽头接入高压母线HB的另一相；次边的两个绕组中相邻的两个抽头互联，另外两个抽头分别与交流牵引供电系统的两段母线AB并接，左侧记为α端口，右侧记为β端口，两端口之间的电压相位相差为90°
在本实施例中，如图1、图2所示，所述的测控系统MCS中控制器CD的信号输入端分别与电压互感器PT、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的信号输出端与单相功率变换器SPC的控制端相连。如图3所示，ADA的直流环节并联可输出电压等级稳定的直流电压。
在本实施例中，一种电气化铁路交直流牵引供电构造的控制方法，具体步骤为：
(1)通过测控系统MCS计算出α端口的交流负荷功率SL1、β端口的交流负荷功率SL2、直流负荷功率SLZ和三相高压母线HB负序允许量大小Sε，并得到同一时刻，α端口、β端口交流负荷功率经过α端口或β端口任意一个通道所产生的负序功率，α端口、β端口交流负荷产生的负序功率大小与各自端口交流负荷功率大小相同；牵引负荷无功功率由静止无功补偿装置SVG完全补偿；
(2)当只有直流系统存在列车时，直流牵引供电系统中的运行列车牵引工况消耗的电能由变流器C1经端口α、变流器C2经端口β获取，两个通道各提供一半功率流向运行列车，均为SLZ/2；运行列车再生工况产生的电能由端口α经变流器C1、端口β经变流器C2两个通道反馈至牵引变电所，两个端口各反馈一半，均为SLZ/2；
(3)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，SL1≥0，另一个端口列车处于再生工况，假设为β端口，SL2＜0，直流牵引供电系统列车处于牵引工况SLZ≥0时：
如果总牵引功率大于等于总再生功率，|SL1+SLZ|≥|SL2|，β端口再生功率经单相功率变换器SPC优先被α端口交流牵引列车利用；若|SL2|≤|SL1|且|SL1+SL2|≤Sε，α端口交流牵引供电列车所需的其余牵引功率由α端口提供，直流牵引供电列车的牵引功率由α端口、β端口各提供一半，分配至α端口的功率为SL1+SL2+SL/2，分配至β端口的功率为SZ/2；若|SL2|≤|SL1|且|SL1+SL2|＞Sε，α端口交流牵引供电列车所需的其余牵引功率和直流牵引供电列车的牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；若|SL2|＞|SL1|，β端口再生功率被α端口交流牵引列车利用后，剩余再生功率被直流牵引列车利用；直流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口各提供一半，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2；
如果总牵引功率小于总再生功率，|SL1+SLZ|＜|SL2|，β端口再生功率经单相功率变换器SPC后被α端口交流牵引列车和直流牵引列车利用；若|SL1+SL2+SLZ|≤Sε，β端口交流牵引列车的剩余再生功率由β端口反馈至牵引变电所，为SL1+SL2+SLZ；若|SL1+SL2+SLZ|＞Sε，剩余再生功率由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；
(4)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，SL1≥0，另一个端口运行列车处于再生工况，假设为β端口，SL2＜0，直流牵引供电系统的列车处于再生工况SLZ＜0时：
如果总牵引功率大于等于总再生功率，|SL1|≥|SL2+SLZ|，所有再生功率经单相功率变换器SPC后被α端口交流牵引列车利用；若|SL1+SL2+SLZ|≤Sε，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口提供，为SL1+SL2+SLZ；若|SL1+SL2+SLZ|＞Sε，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；
如果总牵引功率小于总再生功率，|SL1|＜|SL2+SLZ|，α端口交流牵引列车优先利用β端口再生功率；若|SL1|≤|SL2|且|SL1+SL2|≤Sε，β端口交流牵引列车的剩余再生功率由β端口反馈至牵引变电所，直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，分配至β端口的功率为SL1+SL2+SLZ/2，分配至α端口的功率为SLZ/2；若|SL1|≤|SL2|且|SL1+SL2|＞Sε，交流牵引列车的剩余再生功率和直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口协同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2。若|SL1|＞|SL2|，β端口交流牵引列车的再生功率和一部分直流牵引列车的再生功率被α端口交流牵引列车利用，直流牵引列车的剩余再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2；
(5)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于牵引工况，SL1≥0，SL2≥0，假设|SL1|≤|SL2|，直流牵引供电系统的运行列车处于再生工况SLZ＜0时：
如果总牵引功率大于等于总再生功率，|SL1+SL2|≥|SLZ|，若|SLZ|≤|SL1|且|SL1-SL2|≤Sε，直流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC，各分配一半至α端口、β端口被交流牵引列车利用，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口各自提供，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SL2+SLZ/2；若|SLZ|≤|SL1|且|SL1-SL2|＞Sε，直流再生功率经单相功率变换器SPC，各分配一半至α端口、β端口被交流牵引列车利用，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口协同提供，分配至α端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2；若|SLZ|＞|SL1|且|SL1+SL2+SLZ|≤Sε，直流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC优先被牵引功率较小的α端口交流牵引列车利用，剩余再生功率被β端口交流牵引列车利用，β端口交流牵引列车所需的其余牵引功率由β端口提供，为SL1+SL2+SLZ；若|SLZ|＞|SL1|且|SL1+SL2+SLZ|＞Sε，β端口交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ-Sε)/2，分配至β端口的牵引功率为(SL1+SL2+SLZ+Sε)/2；
如果总牵引功率小于总再生功率，|SL1+SL2|＜|SLZ|，直流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC被α端口、β端口交流牵引列车利用，剩余再生功率经变流器C1和变流器C2由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2；
(6)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于再生工况，SL1＜0，SL2＜0，假设|SL1|≤|SL2|，直流系统列车处于牵引工况SLZ≥0时：
如果总牵引功率大于等于总再生功率，|SLZ|≥|SL1+SL2|，α端口、β端口交流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC被直流牵引列车利用，直流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口各提供一半；分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+SLZ)/2；
如果总牵引功率小于总再生功率，|SLZ|＜|SL1+SL2|，若|SLZ|≤|SL1|且|SL1-SL2|≤Sε，直流牵引列车所需的牵引功率经单相功率变换器SPC，由α端口、β端口交流牵引列车再生功率各提供一半，剩余再生功率由α端口、β端口各自反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SL2+SLZ/2；若|SLZ|≤|SL1|且|SL1-SL2|＞Sε，直流牵引列车所需牵引功率经单相功率变换器SPC，由α端口、β端口交流牵引列车再生功率各提供一半，剩余再生功率由α端口、β端口协同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；若|SLZ|＞|SL1|且|SL1+SL2+SLZ|≤Sε，α端口交流牵引列车再生功率和β端口交流牵引列车一部分再生功率经单相功率变换器SPC被直流牵引列车利用，β端口的剩余再生功率由β端口反馈至牵引变电所，为SL1+SL2+SLZ；若|SLZ|＞|SL1|且|SL1+SL2+SLZ|＞Sε，α端口交流牵引列车再生功率和β端口交流牵引列车一部分再生功率经单相功率变换器SPC被直流牵引列车利用，β端口的剩余再生功率由α端口、β端口协同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+SLZ+Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+SLZ-Sε)/2；
(7)当交流牵引供电系统α端口、β端口中的运行列车和直流牵引供电系统的运行列车都处于牵引工况时，SL1≥0，SL2≥0，SLZ≥0：
直流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口各提供一半；若|SL1-SL2|≤Sε，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SL2+SLZ/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|＞|SL2|，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|≤|SL2|，分配至α端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2；
(8)当交流牵引供电系统α端口、β端口中的运行列车和直流牵引供电系统的运行列车都处于再生工况时，SL1＜0，SL2＜0，SLZ＜0：
直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；若|SL1-SL2|≤Sε，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SL2+SLZ/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|＞|SL2|，分配至α端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|≤|SL2|，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε+SLZ)/2；
(9)当只有交流牵引供电系统中存在运行列车且只有一个端口有车时，假设为α端口：
当交流牵引供电系统中的运行列车处于牵引工况SL1≥0时，若|SL1|≤Sε，交流牵引列车的牵引功率由α端口提供，为SL1；若|SL1|＞Sε，交流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1-Sε)/2；
当交流牵引供电系统中的运行列车处于再生工况SL1＜0时，若|SL1|≤Sε，交流牵引列车的再生功率由α端口反馈至牵引变电所，为SL1；若|SL1|＞Sε，交流牵引列车的再生功率由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1-Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+Sε)/2；
(10)当只有交流牵引供电系统中存在运行列车且α端口、β端口都有运行列车时：
当α端口、β端口的牵引列车都处于牵引工况时，SL1≥0，SL2≥0。若|SL1-SL2|≤Sε，α端口、β端口分别提供与各自端口牵引列车的牵引功率相同的功率；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|＞|SL2|，交流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口共同流向列车，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|≤|SL2|，交流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口共同流向列车，分配至α端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2。
当α端口、β端口的列车都处于再生工况时，SL1＜0，SL2＜0，若|SL1-SL2|≤Sε，由α端口、β端口分别反馈与各自端口交流牵引列车的再生功率相同的功率至牵引变电所；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|＞|SL2|，交流牵引列车的再生功率由α端口、β端口协同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2；若|SL1-SL2|＞Sε且|SL1|≤|SL2|，交流牵引列车的再生功率由α端口、β端口协同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2；
当α端口、β端口中，有一个端口的运行列车处于牵引工况，另一个端口的列车处于再生工况时。如果牵引功率大于等于再生功率，交流牵引列车的再生功率经单相功率变换器SPC后被处于牵引工况的交流牵引列车利用，若|SL1+SL2|≤Sε，所需的其余牵引功率仅由交流牵引列车处于牵引工况的端口提供，为SL1+SL2；若|SL1+SL2|＞Sε，处于牵引工况的交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至交流牵引列车处于牵引工况的端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2，分配至交流牵引列车处于再生工况的端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2。如果牵引功率小于再生功率，再生功率经单相功率变换器SPC后被处于牵引工况的交流牵引列车利用，若|SL1+SL2|≤Sε，剩余再生功率仅由交流牵引列车处于再生工况的端口反馈至牵引变电所，为SL1+SL2；若|SL1+SL2|＞Sε，剩余再生功率由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所，分配至交流牵引列车处于再生工况的端口的功率为(SL1+SL2-Sε)/2，分配至交流牵引列车处于牵引工况的端口的功率为(SL1+SL2+Sε)/2；
(11)当直流牵引供电系统和交流牵引供电系统均存在运行列车，且交流牵引供电系统只有一个供电端口有车时，假设为α端口：
当交流牵引供电系统列车和直流牵引供电系统列车都处于牵引工况时，SL1≥0，SLZ≥0。若SL1≤Sε，交流牵引列车的牵引功率由α端口提供，直流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口各提供一半，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SLZ/2；若SL1＞Sε，交流牵引列车和直流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1-Sε+SLZ)/2。
当交流牵引列车和直流牵引列车都处于再生工况时，SL1＜0，SLZ＜0。若SL1≤Sε，交流牵引列车的再生功率由α端口反馈至牵引变电所，直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，分配至α端口的功率为SL1+SLZ/2，分配至β端口的功率为SLZ/2；若SL1＞Sε，交流牵引列车和直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1-Sε+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+Sε+SLZ)/2；
当交流牵引列车处于牵引工况SL1≥0且直流牵引列车处于再生工况SLZ＜0时，如果牵引功率大于等于再生功率，直流牵引列车的再生功率经单相功率变换器SPC被交流牵引列车利用，若|SL1+SLZ|≤Sε，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口提供，为SL1+SLZ；若|SL1+SLZ|＞Sε，交流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口共同提供，分配至α端口的功率为(SL1+SLZ+Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SLZ-Sε)/2。如果牵引功率小于再生功率，直流牵引列车的再生功率经单相功率变换器SPC被交流牵引列车利用，直流牵引列车的剩余再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SLZ)/2；
当交流牵引列车处于再生工况SL1＜0且直流牵引列车处于牵引工况SLZ≥0时，如果牵引功率大于等于再生功率，交流牵引列车的再生功率经单相功率变换器SPC被直流牵引列车利用，直流牵引列车所需的其余牵引功率由α端口、β端口各提供一半，分配至α端口的功率为(SL1+SLZ)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SLZ)/2。如果牵引功率小于再生功率，交流牵引列车的再生功率经单相功率变换器SPC被直流牵引列车利用，若|SL1+SLZ|≤Sε，剩余再生功率由α端口反馈至牵引变电所，为SL1+SLZ；若|SL1+SLZ|＞Sε，剩余再生功率由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所，分配至α端口的功率为(SL1+SLZ-Sε)/2，分配至β端口的功率为(SL1+SLZ+Sε)/2。

Claims (5)

1.一种电气化铁路交直流牵引供电构造，包括牵引变电所内的三相高压母线HB、采用Scott接线的牵引变压器TT和测控系统MCS，其中，电压互感器PT1、电压互感器PT2、电压变送器VD、电流互感器CT1和电流互感器CT2、分流器RW和控制器CD构成测控系统MCS；其特征在于：所述牵引变压器TT为双绕组三抽头结构，原边第二绕组的一个抽头连接在第一绕组的中点，第一绕组和第二绕组两侧的两个抽头与三相高压母线HB的任意两相相连，中间抽头接入高压母线HB的另一相；次边的两个绕组中相邻的两个抽头互联并接地，另外两个抽头分别与交流牵引供电系统的具有分段结构的左右两段母线AB并接，形成两个供电端口，左侧记为α端口，右侧记为β端口，两端口之间的电压相位相差为90°；单相功率变换器SPC包括降压变压器MT1、降压变压器MT2和交直交变流器ADA，单相功率变换器SPC一侧经降压变压器MT1连接到α端口，另一侧经降压变压器MT2连接到β端口；交直交变流器ADA的直流侧与直流母线DB并接；交流牵引供电系统的α端口、β端口分别串接电流互感器CT1和电流互感器CT2，且并接电压互感器PT1和电压互感器PT2后，一端接入交流接触网OCS，另一端接入钢轨并接地；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；所述的测控系统MCS中控制器CD的信号输入端分别与电压互感器PT、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的信号输出端与单相功率变换器SPC的控制端相连。
2.根据权利要求1所述的一种电气化铁路交直流牵引供电构造，其特征在于：所述的单相功率变换器SPC的交直交变流器ADA，其直流侧与直流母线DB并接，为直流牵引负荷提供所需功率，形成在同一个牵引变电所内交流牵引供电系统和直流牵引供电系统并存的供电构造。
3.根据权利要求1所述的一种电气化铁路交直流牵引供电构造，其特征在于：所述的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，所述交流牵引供电系统的α端口、β端口，均有一端接至接触网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，所述交流牵引供电系统的α端口、β端口，均有一端接至接触网OCS，另一端接至负馈线；直流牵引供电系统中直流电压稳定可控，再生能量能够直接反馈给牵引变电所。
4.根据权利要求1所述的一种电气化铁路交直流牵引供电构造，其特征在于：所述的直流牵引供电系统中，当只有直流牵引供电系统中存在运行列车时，通过测控系统MCS计算出直流负荷功率SLZ，直流牵引供电系统运行列车牵引工况消耗电能由变流器C1经α端口、由变流器C2经β端口获取，两个通道各提供一半功率流向运行列车；运行列车再生工况产生电能由α端口经变流器C1、β端口经变流器C2这两个通道反馈至牵引变电所，两个通道各反馈一半功率至牵引变电所。
5.一种根据权利要求1所述的一种电气化铁路交直流牵引供电构造的控制方法，其特征在于：直流牵引供电系统和交流牵引供电系统均存在运行列车时，以三相电压不平衡满足国家标准为目标控制功率潮流；具体方案如下：
(1)通过测控系统MCS计算出α端口的交流负荷功率SL1、β端口的交流负荷功率SL2、直流负荷功率SLZ和三相高压母线HB负序允许量大小Sε，并得到同一时刻，α端口、β端口交流负荷功率经过α端口或β端口任意一个通道所产生的负序功率，α端口、β端口交流负荷产生的负序功率大小与各自端口交流负荷功率大小相同；牵引负荷无功功率由静止无功补偿装置SVG完全补偿；
(2)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，另一个端口列车处于再生工况，假设为β端口，直流牵引供电系统的列车处于牵引工况时：
β端口再生功率经单相功率变换器SPC优先被α端口交流牵引列车利用，次优被直流牵引供电系统的牵引列车利用，最后反馈至牵引变电所；β端口再生功率被利用后，如果α端口交流牵引列车仍需牵引功率，则α端口交流牵引列车所需其余牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果直流牵引列车仍需牵引功率，则直流牵引列车所需其余牵引功率由α端口、β端口各提供一半；如果被交流牵引列车和直流牵引列车利用完后，β端口仍有剩余再生功率，则根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；
(3)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中，有一个端口的列车处于牵引工况，假设为α端口，另一个端口列车处于再生工况，假设为β端口，直流牵引供电系统的列车处于再生工况时：
α端口交流牵引列车经单相功率变换器SPC优先利用β端口再生功率，次优利用直流牵引列车再生功率，最后由α端口、β端口提供牵引功率；再生功率被α端口交流牵引列车利用后，如果β端口仍有剩余再生功率，则β端口剩余再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车仍有剩余再生功率，则直流牵引列车剩余再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；如果利用完β端口再生功率和直流牵引列车再生功率，α端口交流牵引列车仍需牵引功率，则根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供所需其余牵引功率；
(4)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于牵引工况，直流牵引供电系统的运行列车处于再生工况时：
如果直流牵引列车再生功率的值小于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车牵引功率的值，直流再生功率经单相功率变换器SPC各分配一半至α端口、β端口被交流牵引列车利用，交流牵引列车所需的其余牵引功率，根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果直流牵引列车再生功率的值大于等于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车牵引功率的值，直流再生功率经单相功率变换器SPC优先被牵引功率较小的供电端口的交流牵引列车利用，剩余再生功率被另一供电端口交流牵引列车利用，另一供电端口交流牵引列车所需的其余牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；如果被α端口、β端口交流牵引列车利用后直流再生功率仍有剩余，剩余再生功率经变流器C1和变流器C2由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所；
(5)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于再生工况，直流牵引供电系统的运行列车处于牵引工况时：
如果直流牵引列车牵引功率的值小于α端口、β端口中任一供电端口交流牵引列车再生功率的值，直流牵引列车所需牵引功率由α端口、β端口的交流牵引列车再生功率经单相功率变换器SPC各提供一半，α端口、β端口中剩余的再生功率，根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车牵引功率的值大于等于α端口、β端口中任一供电端口的交流牵引列车再生功率的值，直流牵引列车经单相功率变换器SPC优先利用再生功率值较小的供电端口的再生功率，再利用另一供电端口的再生功率，另一供电端口的剩余再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口反馈至牵引变电所；如果直流牵引列车利用α端口、β端口的再生功率后仍需牵引功率，剩余牵引功率由α端口、β端口各提供一半；
(6)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于牵引工况，直流牵引供电系统的运行列车也处于牵引工况时，直流牵引列车的牵引功率由α端口、β端口各提供一半，交流牵引列车的牵引功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口提供；
(7)当交流牵引供电系统的α端口、β端口中的运行列车均处于再生工况，直流牵引供电系统的运行列车也处于再生工况时，直流牵引列车的再生功率由α端口、β端口各反馈一半至牵引变电所，交流牵引列车的再生功率根据三相不平衡度要求由α端口、β端口共同反馈至牵引变电所。
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