CN115276032A - 基于平衡变压器和mmc的贯通式柔性牵引供电装置 - Google Patents

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CN115276032A CN202210545782.1A CN202210545782A CN115276032A CN 115276032 A CN115276032 A CN 115276032A CN 202210545782 A CN202210545782 A CN 202210545782A CN 115276032 A CN115276032 A CN 115276032A
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李子明
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陆超
李增勤
李伟瑞
张冬冬
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Tsinghua University
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Abstract

本申请涉及牵引供电与电力输配电技术领域，特别涉及一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，包括：第一Scott变压器及第二Scott变压器，其原边的第一至第三端口均分别与公共电网相连，MMC的整流侧分别与第一Scott变压器第一副边和第二副边的正极端口、第二Scott变压器第一副边和第二副边的负极端口相连，其逆变侧与接触网相连，用于在第一Scott变压器和第二Scott变压器均无故障时，调整MMC与第二Scott变压器之间的连接状态，由第一Scott变压器和/或第二Scott变压器供电。由此，解决了相关技术的供电存在电分相且易造成电能质量等问题，提高了供电的可靠性。

Description

基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置
技术领域
本申请涉及牵引供电与电力输配电技术领域，特别涉及一种基于平衡变压器和MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平变流器)的贯通式柔性牵引供电装置。
背景技术
传统牵引供电系统大多是基于Scott变压器等三相-两相平衡变压器实现的，相关技术中的同相供电方案大体上可以分为两类：组合式同相供电和贯通式同相供电。
组合式同相供电通常在牵引所采用单相变压器或三相-两相牵引变压器的某一个副边绕组向接触网供电，并另外配置变流器补偿牵引所内的无功功率和负序电流，或配置变流器调节得到与变压器单相绕组相同的电压。该类方案本质上是变压器和变流器共同向接触网供电的组合方案，虽然牵引所内的无功功率和负序电流的问题得以解决，但是由于牵引所母线电压依赖外电源无法直接控制，该方案只能取消牵引所的电分相，无法取消分区所的电分相，而且公共电网和接触网是直接连接的，且在电气上耦合，容易导致两侧的短路故障和谐波等问题相互影响。
贯通式同相供电则是在公共电网和接触网之间配置变流器，实现三相-单相的交交变换，使得双侧网络解耦，且牵引所母线电压完全可控，以确保电网和接触网的电能质量，从而取消所有电分相，实现双边供电并提高供电能力，提高机车制动能量的利用率。如何设计三相-单相变流器的拓扑是贯通式同相供电方案的核心。
相关技术提出的供电方案大多都存在成本高，结构复杂造价高，变压器的整体容量利用率低，变流器的运行范围受到限制，整流侧需要特制的多绕组变压器且能量只能单向流动，负载电流会回流至整流侧的参考地，易造成系统的不稳定，无法用于现有牵引供电系统的改造。
在传统供电方式下，单相负载给公共电网造成了严重的电能质量问题，诸如负序、无功、谐波等。进行电气隔离的电分相，导致了分段的不连续馈电结构，使得频繁的过分相操作是必须的，限制了车速提升。电分相是制约当前电气化铁路进一步发展的关键问题，基于大功率电力电子变流器的同相供电系统是解决该问题的关键技术。
发明内容
本申请提供一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，以解决相关技术的供电存在电分相且易造成电能质量等问题。
本申请第一方面实施例提供一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，包括：
第一Scott变压器，所述第一Scott变压器原边的第一至第三端口分别与公共电网相连；
第二Scott变压器，所述第二Scott变压器原边的第一至第三端口分别与所述公共电网相连；
模块化多电平变流器MMC，所述MMC的整流侧分别与所述第一Scott变压器第一副边的正极端口、所述第一Scott变压器第二副边的正极端口、所述第二Scott变压器第一副边的负极端口和所述第二Scott变压器第二副边的负极端口相连，所述MMC的逆变侧与接触网相连，用于在所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器均无故障时，调整所述 MMC与所述第二Scott变压器之间的连接状态，由所述第一Scott变压器和/或所述第二Scott变压器供电。
可选地，所述MMC，包括：
第一至第六个相单元，其中，每个相单元包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均由级联的子模块和桥臂电感组成；
第一至第四相单元分别与所述第一Scott变压器第一副边的正极端口、所述第一Scott 变压器第二副边的正极端口、所述第二Scott变压器第一副边的负极端口和所述第二Scott 变压器第二副边的负极端口相连；第五至所述第六相单元均与所述接触网相连；
其中，所述子模块的拓扑结构为半桥子模块、全桥子模块、二极管钳位子模块中的至少一种。可选地，所述第一Scott变压器第一副边的正极端口和所述第二Scott变压器第一副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；
所述第一Scott变压器第二副边的正极端口和所述第二Scott变压器第二副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；
所述第一Scott变压器第一副边的正极端口和所述第一Scott变压器第二副边的正极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位相反。
可选地，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，还包括：
设置于所述MMC的逆变侧与所述接触网之间的单相变压器，用于电气隔离所述MMC的逆变侧与所述接触网。
与所述MMC的逆变侧并联的滤波器支路，用于在所述MMC向无源网络供电时，对所述MMC的逆变侧输出的交流电压滤波处理，为所述无源网络提供稳定的交流电压。
可选地，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，还包括：
设置在所述第一Scott变压器原边的第一至第三端口与所述公共电网之间的第一开关组件；
设置在所述第二Scott变压器原边的第一至第三端口与所述公共电网之间的第二开关组件；
设置在所述第一Scott变压器第一副边的正极端口与所述MMC整流侧之间的第三开关组件；
设置在所述第一Scott变压器第二副边的正极端口与所述MMC整流侧之间的第四开关组件；
设置在所述第二Scott变压器第一副边的负极端口与所述MMC整流侧之间的第五开关组件；
设置在所述第二Scott变压器第二副边的负极端口与所述MMC整流侧之间的第六开关组件。
可选地，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，还包括：
第七开关组件，所述第七开关组件的一端设置于所述第三开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第七开关组件的一端接地；
第八开关组件，所述第八开关组件的一端设置于所述第四开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第八开关组件的一端接地；
第九开关组件，所述第九开关组件的一端设置于所述第五开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第九开关组件的一端接地；
第十开关组件，所述第十开关组件的一端设置于所述第六开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第十开关组件的一端接地。
可选地，所述模块化多电平变流器MMC，还用于：
在所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器均无故障时，控制所述第一开关组件至所述第四开关组件闭合的同时，控制第十一开关组件和第十二开关组件闭合，并控制所述第七开关组件至所述第十开关组件断开，由所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器供电，其中，所述第十一开关组件设置于所述单相变压器与牵引母线之间，所述第十二开关组件设置于所述牵引母线与所述接触网之间。
可选地，所述模块化多电平变流器MMC，还用于：
在所述第二Scott变压器出现故障时，控制所述第二开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件断开的同时，闭合所述第九开关组件和所述第十开关组件，由所述第一Scott 变压器供电。
可选地，所述第一Scott变压器原边的三相电压相位和所述第二Scott变压器原边的三相电压相位相同；
所述第一Scott变压器的第一副边和所述第一Scott变压器的第二副边的电压相位差为 90°；
所述第一Scott变压器的第二副边和所述第二Scott变压器的第一副边的电压相位差为 90°；
所述第二Scott变压器的第一副边和所述第二Scott变压器的第二副边的电压相位差为 90°；
所述第二Scott变压器的第二副边和所述第一Scott变压器的第一副边的电压相位差为 90°。
可选地，所述MMC的整流侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000041
其中，UT为牵引供电系统的额定电压，即Scott变压器的副边绕组额定电压；Udc为中间直流电压；
所述MMC的逆变侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000042
其中，Kt为输出变压器变比。
由此，本申请实施例基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置具有以下优点：
(1)实现接触网的全线贯通，电网侧三相平衡，牵引母线电压完全可控；
(2)充分利用现有牵引供电系统的Scott变压器容量，使得公共电网和牵引网完全解耦并保证两侧的电能质量，整个牵引供电系统的可靠性得到提高。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置的方框示意图图；
图2为根据本申请一个实施例提供的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置整体连接示意图；
图3为根据本申请一个实施例提供的六端口MMC拓扑结构示意图；
图4为根据本申请一个实施例的具有故障运行模式的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置示意图；
图5为根据本申请一个实施例提供的两台Scott变压器都正常时的MMC整流侧接线示意图；
图6为根据本申请一个实施例提供的A2绕组故障时的MMC整流侧接线示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置。针对上述背景技术中提到的单相负载给公共电网造成严重的电能质量问题的问题，本申请提供了一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，通过第一Scott 变压器及第二Scott变压器原边的第一至第三端口均分别与公共电网相连，MMC的整流侧分别与第一Scott变压器第一副边和第二副边的正极端口、第二Scott变压器第一副边和第二副边的负极端口相连，其逆变侧与接触网相连，用于在第一Scott变压器和第二Scott变压器均无故障时，调整MMC与第二Scott变压器之间的连接状态，由第一Scott变压器和/ 或第二Scott变压器供电。由此，解决了相关技术的供电存在电分相且易造成电能质量等问题，提高了供电的可靠性。
在介绍本申请实施例之前，首先介绍一下相关技术中的牵引供电系统的供电装置和本申请实施例提供的柔性牵引供电系统的区别。
相关技术中的牵引供电系统中，Scott变压器副边的M绕组和T绕组分别接向两侧的接触网供电。实际上，一个牵引所配置有两台Scott变压器，一台作为主变压器，另一台作为备用变压器，它们与不同的外电源相连。当主变压器发生故障时，由备用变压器进行供电，从而提高了供电可靠性。
柔性牵引供电系统中，接触网全线取消电分相，所有牵引所通过接触网互联，每个牵引所互为备用，当一个牵引所内的两台变压器都退出运行时，其他牵引所仍然可以继续供电。因此，每个牵引所不需要再配置两路外电源。相比于传统的牵引供电系统，柔性牵引供电系统的供电可靠性更高。其具体供电过程在下述实施例详细说明。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置的方框示意图。
如图1所示，该基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置10包括：第一Scott 变压器100、第二Scott变压器200和模块化多电平变流器MMC300。
其中，第一Scott变压器100原边的第一至第三端口分别与公共电网相连；第二Scott 变压器200原边的第一至第三端口分别与公共电网相连；模块化多电平变流器MMC300的整流侧分别与第一Scott变压器100第一副边的正极端口、第一Scott变压器100第二副边的正极端口、第二Scott变压器200第一副边的负极端口和第二Scott变压器200第二副边的负极端口相连，模块化多电平变流器MMC300的逆变侧与接触网相连，用于在第一Scott 变压器100和第二Scott变压器200均无故障时，调整模块化多电平变流器MMC300与第二Scott变压器200之间的连接状态，由第一Scott变压器100和/或第二Scott变压器200供电。
进一步地，在一些实施例中，第一Scott变压器100原边的三相电压相位和第二Scott变压器200原边的三相电压相位相同；第一Scott变压器100的第一副边和第一Scott变压器100的第二副边的电压相位差为90°；第一Scott变压器100的第二副边和第二Scott变压器200的第一副边的电压相位差为90°；第二Scott变压器200的第一副边和第二Scott变压器200的第二副边的电压相位差为90°；第二Scott变压器200的第二副边和第一Scott变压器100的第一副边的电压相位差为90°。
具体地，如图2所示，在柔性牵引供电系统中，牵引所内两台Scott变压器的绕组结构相同，并在原边的三个端口和副边的两个端口的出口配置有断路器。如图2所示，第一Scott 变压器100的原边三相绕组的第一至第三端口分别为A1、B1、C1并分别与公共电网连接；副边M绕组即第一Scott变压器100第一副边的正极端口为M1，负极端口接地，副边T绕组即第一Scott变压器100第二副边的正极端口为T1，负极端口接地，且M1和T1与MMC300的整流侧相连；第二Scott变压器200的原边三相绕组的第一至第三端口分别为A2、B2、C2并分别与公共电网连接；副边M绕组即第二Scott变压器200第一副边的正极端口接地，负极端口为M2，副边T绕组即第二Scott变压器200第二副边的正极端口接地，负极端口为T2，且 M2和T2与MMC300的整流侧相连。
其中，两台Scott变压器原边的三相电压相位相同，每台变压器的M绕组与T绕组电压相位差90°，可假设M1是滞后相位，M1绕组滞后T1绕组90°，T1绕组滞后M2绕组90°， M2绕组滞后T2绕组90°，T2绕组滞后M1绕组90°，此时可获得四个交流绕组的相量之和为零。
进一步地，如图3所示，在一些实施例中，MMC300，包括：第一至第六个相单元，其中，每个相单元包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂均由级联的子模块和桥臂电感组成；第一至第四相单元分别与第一Scott变压器100第一副边的正极端口、第一Scott变压器100第二副边的正极端口、第二Scott变压器200第一副边的负极端口和第二Scott变压器200第二副边的负极端口相连；第五至第六相单元均与接触网相连；其中，子模块的拓扑结构为半桥子模块、全桥子模块、二极管钳位子模块中的至少一种。
具体地，如图3所示，MMC300由六个相单元组成，每个相单元包括上桥臂和下桥臂，桥臂位于交流端口和直流母线之间，每个桥臂由级联的子模块串和桥臂电感组成，其中，子模块的拓扑结构可以是半桥子模块、全桥子模块、二极管钳位子模块等形式。MMC300 的整流侧有四个相单元，其四个端口与Scott变压器的副变绕组相连。逆变侧有两个相单元，其两个端口可以直接与接触网连接
进一步地，在一些实施例中，如图2所示，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置10，还包括：单相变压器和滤波器支路。其中，单相变压器设置于MMC300 的逆变侧与接触网之间，单相变压器用于电气隔离MMC300的逆变侧与接触网。滤波器支路与MMC300的逆变侧并联，滤波器支路用于在MMC300向无源网络供电时，对MMC300 的逆变侧输出的交流电压滤波处理，为无源网络提供稳定的交流电压。
也就是说，逆变侧有两个相单元，其两个端口可以通过单相变压器与接触网相连，起到电气隔离和提高直流电压利用率的作用。MMC向无源网络供电时，通常在逆变侧并联滤波器支路，起到滤波和电压支撑的作用。
需要说明的是，六端口MMC是一个交直交型的变流器。设牵引供电系统的额定电压是UT，即Scott变压器的副边绕组额定电压，中间直流电压为Udc，MMC的整流侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000071
其中，UT为牵引供电系统的额定电压，即Scott变压器的副边绕组额定电压；Udc为中间直流电压。
设输出变压器的变比是Kt，端口X和端口Y之间的电压UXY＝UT/Kt，端口电压UX和UY对称时，MMC300的逆变侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000072
其中，Kt为输出变压器变比。
为了充分利用直流电压，输出变压器变比Kt可选择为2。
需要说明的是，本申请实施例的六端口MMC300是一个交直交型的变流器，由此，可以设牵引供电系统的额定电压是UT，即Scott变压器的副边绕组额定电压，中间直流电压为Udc，则MMC整流侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000081
其中，设输出变压器的变比是Kt，端口X和端口Y之间的电压UXY＝UT/Kt，端口电压UX和UY对称时，则逆变侧的调制比为：
Figure BDA0003647827840000082
需要说明的是，为了充利用直流电压，输出变压器变比Kt可选择为2。
进一步地，在一些实施例中，第一Scott变压器100第一副边的正极端口和第二Scott 变压器200第一副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；第一Scott变压器 100第二副边的正极端口和第二Scott变压器200第二副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；第一Scott变压器100第一副边的正极端口和第一Scott变压器100第二副边的正极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位相反。
具体地，MMC300每个桥臂的级联子模块的电压分为交流差模电压、直流共模电压、交流共模电压，对应地，桥臂电流也分为三部分，基频交流电流、直流电流、二倍频环流。整流侧环流只在整流侧的四相桥臂中流动，即M1相的环流与M2相的环流相位幅值相等、相位一致，T1相的环流与T2相的环流相位幅值相等、相位一致，M1相的环流与T1相的环流相位幅值相等、相位相反。逆变侧环流不仅在逆变侧的两相桥臂中流动，还会注入到中间直流环节和整流侧，即X相的环流与Y相的环流相位幅值相等、相位一致。
其中，MMC300的控制策略是根据桥臂电压与桥臂电流的特性进行设计的，对三个部分进行分别设计控制器，一般为电压外环和电流内环的双环控制结构，整流侧与逆变侧的控制器可独立设计与运行。
进一步地，在一些实施例中，如图4所示，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置10，还包括：第一开关组件、第二开关组件、第三开关组件、第四开关组件、第五开关组件和第六开关组件。其中，第一开关组件设置在第一Scott变压器100原边的第一至第三端口与公共电网之间；第二开关组件设置在第二Scott变压器200原边的第一至第三端口与公共电网之间；第三开关组件设置在第一Scott变压器100第一副边的正极端口与MMC300整流侧之间；第四开关组件设置在第一Scott变压器100第二副边的正极端口与MMC300整流侧之间；第五开关组件设置在第二Scott变压器200第一副边的负极端口与MMC300整流侧之间；第六开关组件设置在第二Scott变压器200第二副边的负极端口与MMC300整流侧之间。
进一步地，在一些实施例中，上述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置10，还包括：第七开关组件、第八开关组件、第九开关组件和第十开关组件。其中，第七开关组件的一端设置于第三开关组件与MMC300整流侧之间，第七开关组件的一端接地；第八开关组件的一端设置于第四开关组件与MMC300整流侧之间，第八开关组件的一端接地；第九开关组件的一端设置于第五开关组件与MMC300整流侧之间，第九开关组件的一端接地；第十开关组件的一端设置于第六开关组件与MMC300整流侧之间，第十开关组件的一端接地。
应当理解的是，结合图4至6所示，本申请实施例通过增设MMC300与第一Scott变压器100、第二Scott变压器200之间的断路器，可以实现变压器部分在故障状态下的继续运行，如图4所示，在原有系统拓扑结构的基础上，MMC300的整流侧四个端口分别增加一条对地支路，在该支路上配置断路器。
进一步地，在一些实施例中，模块化多电平变流器MMC300，还用于：在第一Scott变压器100和第二Scott变压器200均无故障时，控制第一开关组件至第四开关组件闭合的同时，控制第十一开关组件和第十二开关组件闭合，并控制第七开关组件至第十开关组件断开，由第一Scott变压器100和第二Scott变压器200供电，其中，第十一开关组件设置于单相变压器与牵引母线之间，第十二开关组件设置于牵引母线与接触网之间。
进一步地，在一些实施例中，模块化多电平变流器MMC300，还用于：在第二Scott变压器200出现故障时，控制第二开关组件、第五开关组件和第六开关组件断开的同时，闭合第九开关组件和第十开关组件，由第一Scott变压器100供电。
进一步地，当两台Scott变压器都正常运行时，闭合第一开关组件(如断路器CB1)、第二开关组件(如断路器CB2)、第三开关组件(如断路器CB3)、第四开关组件(如断路器CB4)、第五开关组件(如断路器CB5)、第六开关组件(如断路器CB6)、第十一开关组件(如断路器CB7)、第十二开关组件(如断路器CB8)、断开第七开关组件(如断路器 CB9)、第八开关组件(如断路器CB10)、第九开关组件(如断路器CB11)、第十开关组件(如断路器CB12)，其中，第十一开关组件设置于单相变压器与牵引母线之间，第十二开关组件设置于牵引母线与接触网之间，其MMC300整流侧接线图如图5所示。
进一步地，当一台Scott变压器发生故障时，比如A2绕组故障，则断开断路器CB2、CB5、 CB6，闭合断路器CB11、CB12，并由第一Scott变压器100供电，其MMC300整流侧接线图如图6所示。
根据本申请实施例的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，通过第一 Scott变压器及第二Scott变压器原边的第一至第三端口均分别与公共电网相连，MMC的整流侧分别与第一Scott变压器第一副边和第二副边的正极端口、第二Scott变压器第一副边和第二副边的负极端口相连，其逆变侧与接触网相连，用于在第一Scott变压器和第二Scott 变压器均无故障时，调整MMC与第二Scott变压器之间的连接状态，由第一Scott变压器和/或第二Scott变压器供电。由此，解决了相关技术的供电存在电分相且易造成电能质量等问题，提高了供电的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，包括：
第一Scott变压器，所述第一Scott变压器原边的第一至第三端口分别与公共电网相连；
第二Scott变压器，所述第二Scott变压器原边的第一至第三端口分别与所述公共电网相连；
模块化多电平变流器MMC，所述MMC的整流侧分别与所述第一Scott变压器第一副边的正极端口、所述第一Scott变压器第二副边的正极端口、所述第二Scott变压器第一副边的负极端口和所述第二Scott变压器第二副边的负极端口相连，所述MMC的逆变侧与接触网相连，用于在所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器均无故障时，调整所述MMC与所述第二Scott变压器之间的连接状态，由所述第一Scott变压器和/或所述第二Scott变压器供电。
2.根据权利要求1所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，所述MMC，包括：
第一至第六个相单元，其中，每个相单元包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂均由级联的子模块和桥臂电感组成；
第一至第四相单元分别与所述第一Scott变压器第一副边的正极端口、所述第一Scott变压器第二副边的正极端口、所述第二Scott变压器第一副边的负极端口和所述第二Scott变压器第二副边的负极端口相连；第五至所述第六相单元均与所述接触网相连；
其中，所述子模块的拓扑结构为半桥子模块、全桥子模块、二极管钳位子模块中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，
所述第一Scott变压器第一副边的正极端口和所述第二Scott变压器第一副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；
所述第一Scott变压器第二副边的正极端口和所述第二Scott变压器第二副边的负极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位一致；
所述第一Scott变压器第一副边的正极端口和所述第一Scott变压器第二副边的正极端口的桥臂环流相位幅值相等、相位相反。
4.根据权利要求2所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，还包括：
设置于所述MMC的逆变侧与所述接触网之间的单相变压器，用于电气隔离所述MMC的逆变侧与所述接触网。
与所述MMC的逆变侧并联的滤波器支路，用于在所述MMC向无源网络供电时，对所述MMC的逆变侧输出的交流电压滤波处理，为所述无源网络提供稳定的交流电压。
5.根据权利要求1所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，还包括：
设置在所述第一Scott变压器原边的第一至第三端口与所述公共电网之间的第一开关组件；
设置在所述第二Scott变压器原边的第一至第三端口与所述公共电网之间的第二开关组件；
设置在所述第一Scott变压器第一副边的正极端口与所述MMC整流侧之间的第三开关组件；
设置在所述第一Scott变压器第二副边的正极端口与所述MMC整流侧之间的第四开关组件；
设置在所述第二Scott变压器第一副边的负极端口与所述MMC整流侧之间的第五开关组件；
设置在所述第二Scott变压器第二副边的负极端口与所述MMC整流侧之间的第六开关组件。
6.根据权利要求5所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，还包括：
第七开关组件，所述第七开关组件的一端设置于所述第三开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第七开关组件的一端接地；
第八开关组件，所述第八开关组件的一端设置于所述第四开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第八开关组件的一端接地；
第九开关组件，所述第九开关组件的一端设置于所述第五开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第九开关组件的一端接地；
第十开关组件，所述第十开关组件的一端设置于所述第六开关组件与所述MMC整流侧之间，所述第十开关组件的一端接地。
7.根据权利要求6所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，所述模块化多电平变流器MMC，还用于：
在所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器均无故障时，控制所述第一开关组件至所述第四开关组件闭合的同时，控制第十一开关组件和第十二开关组件闭合，并控制所述第七开关组件至所述第十开关组件断开，由所述第一Scott变压器和所述第二Scott变压器供电，其中，所述第十一开关组件设置于所述单相变压器与牵引母线之间，所述第十二开关组件设置于所述牵引母线与所述接触网之间。
8.根据权利要求7所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，所述模块化多电平变流器MMC，还用于：
在所述第二Scott变压器出现故障时，控制所述第二开关组件、所述第五开关组件和所述第六开关组件断开的同时，闭合所述第九开关组件和所述第十开关组件，由所述第一Scott变压器供电。
9.根据权利要求8所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，
所述第一Scott变压器原边的三相电压相位和所述第二Scott变压器原边的三相电压相位相同；
所述第一Scott变压器的第一副边和所述第一Scott变压器的第二副边的电压相位差为90°；
所述第一Scott变压器的第二副边和所述第二Scott变压器的第一副边的电压相位差为90°；
所述第二Scott变压器的第一副边和所述第二Scott变压器的第二副边的电压相位差为90°；
所述第二Scott变压器的第二副边和所述第一Scott变压器的第一副边的电压相位差为90°。
10.根据权利要求9所述的基于平衡变压器和MMC的贯通式柔性牵引供电装置，其特征在于，所述MMC的整流侧的调制比为：
Figure FDA0003647827830000031
其中，UT为牵引供电系统的额定电压；Udc为中间直流电压；
所述MMC的逆变侧的调制比为：
Figure FDA0003647827830000032
其中，Kt为输出变压器变比。
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