CN116714484A - 一种35kV柔性直流牵引供电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种35kV柔性直流牵引供电系统及控制方法，包括三相电网、基于模块化多电平变换器的牵引变电所、35kV直流牵引网和钢轨；三相电网连接基于模块化多电平变换器的牵引变电所的输入端；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端连接35kV直流牵引网；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端连接钢轨。本发明解决了工频单相交流牵引供电系统存在的电能质量较差、存在电分相的问题，可以接入新能源、连接储能系统以及城轨牵引供电系统，增加供电距离，减少牵引变电所数量。本发明能够实现牵引网长距离、无电分相供电，减少沿线的牵引变电所数量，同时使得牵引供电系统在供电区域稳定、高质量供电。

Description

一种35kV柔性直流牵引供电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及牵引供电技术领域，具体包括一种35kV柔性直流牵引供电系统及控制方法。

背景技术

目前，世界上诸多国家的既有电气化铁路牵引供电系统多采用25kV工频单相交流供电制式。变电所经牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间需设置电分相。但是随着这种供电制式在牵引供电领域的大规模使用，也暴露出诸多问题：

(1)电能质量较差。首先牵引负荷作为单相非线性冲击负荷，运行过程中功率较大，会有较大的负序电流注入电网，导致电力系统三相不对称运行。此外牵引负荷作为谐波源，运行过程中引起的谐波具有随机性、波动性、不平衡性的特点，对沿线通信造成影响，甚至发生车网谐振事故。

(2)存在电分相。受限于工频单相交流供电制式存在的频率及相位问题，牵引网上每隔一段距离便会有电分相环节，为供电死区，列车需要断电运行，一定程度上限制了列车速度的提升，同时电分相装置自身可靠性较低。

(3)供电能力受限。由于电分相的存在，因而每个牵引变电所均设置一主一备两个牵引变压器，造成一定的容量浪费，存在牵引变电所的供电能力受到限制。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种35kV柔性直流牵引供电系统及控制方法解决了现有技术的电能质量差、存在电分相和供电能力受限的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种35kV柔性直流牵引供电系统，包括三相电网、基于模块化多电平变换器的牵引变电所、35kV直流牵引网和钢轨；三相电网连接基于模块化多电平变换器的牵引变电所的输入端；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端连接35kV直流牵引网；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端连接钢轨。

进一步地，基于模块化多电平变换器的牵引变电所包括降压变压器和三相模块化多电平变换器；

三相模块化多电平变换器包括整流侧电感La、整流侧电感Lb、整流侧电感Lc、上桥臂桥臂电感L0、上桥臂桥臂电感L1、上桥臂桥臂电感L2、下桥臂桥臂电感L3、下桥臂桥臂电感L4、下桥臂桥臂电感L5、六个串联的n个半桥子模块、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；

降压变压器的原边连接三相电网；降压变压器的副边的第一相连接开关K1的一端；降压变压器的副边第二相连接开关K2的一端；降压变压器的副边第三相连接开关K3的一端；开关K1的另一端连接整流侧电感La的一端；开关K2的另一端连接整流侧电感Lb的一端；开关K3的另一端连接整流侧电感Lc的一端；整流侧电感La的另一端连接电阻R0的一端和电阻R3的一端；整流侧电感Lb的另一端连接电阻R1的一端和电阻R4的一端；整流侧电感Lc的另一端连接电阻R2的一端和电阻R5的一端；电阻R0的另一端连接上桥臂桥臂电感L0的一端；上桥臂桥臂电感L0的另一端连接第一个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R1的另一端连接上桥臂桥臂电感L1的一端；上桥臂桥臂电感L1的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R2的另一端连接上桥臂桥臂电感L2的一端；上桥臂桥臂电感L2的另一端连接第三个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R3的另一端连接下桥臂桥臂电感L3的一端；下桥臂桥臂电感L3的另一端连接第四个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R4的另一端下桥臂桥臂电感L4的一端；下桥臂桥臂电感L4的另一端连接连接第五个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R5的另一端连接下桥臂桥臂电感L5的一端；下桥臂桥臂电感L5的另一端连接第六个串联的半桥子模块的一端；

第一个串联的n个半桥子模块的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的另一端和第三个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端；第四个串联的n个半桥子模块的另一端连接第五个串联的n个半桥子模块的另一端和第六个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端。

进一步地，半桥子模块包括绝缘栅双极晶体管T1、绝缘栅双极晶体管T2、电容C、二极管D1和二极管D2；绝缘栅双极晶体管T1的发射极连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极，作为半桥子模块的外接端口a；绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接电容C的一端；绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接电容C的另一端，作为半桥子模块的外接端口b；第n个半桥子模块的外接端口a连接第n-1个半桥子模块的外接端口b。

一种应用于一种35kV柔性直流牵引供电系统的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取相关电路信息，并根据电路信息建立三相模块化多电平变换器数学模型；

S2、根据获取的相关电路信息，构建电压-功率综合控制，得到直流侧电压参考值；

S3、根据直流侧电压参考值和三相模块化多电平变换器数学模型，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波；

S4、根据获取的相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器内部环流，并进行三相模块化多电平变换器多次环流抑制，得到三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略和环流抑制调制波修正量；

S5、根据环流抑制调制波修正量、三相模块化多电平变换器的参考调制波和相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器调制策略；

S6、根据三相模块化多电平变换器调制策略和相关电路信息得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略；

S7、根据电压-功率综合控制方程、d-q解耦控制、三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略、三相模块化多电平变换器调制策略和三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略，共同实现对35kV柔性直流牵引供电系统的控制。

进一步地，步骤S1的具体实现方式如下：

S1-1、根据公式：

得到上下桥臂差模电压u_diffj；其中，u_pj为每一相上桥臂的端口电压，其中u_nj为每一相下桥臂的端口电压；

S1-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器在d-q坐标系下的数学模型；其中，i_vd为交流侧相电流在d-q坐标系下的d轴分量；i_vq为交流侧相电流在d-q坐标系下的q轴分量；u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；u_diffd为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的d轴分量；u_diffq为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的q轴分量；R＝R₀/2为相内桥臂上大小可忽略的等效电阻；ω为网侧交流电压的基波频率；L＝L₀/2为相内桥臂上的等效电感。

进一步地，步骤S2的具体实现方式如下：

根据公式：

得到电压-功率综合控制方程，得到直流侧电压参考值u_dcref；其中，k_p6、k_p7为PI控制器的比例参数；k_i6、k_i7为PI控制器的积分参数；u^* _dc为牵引变电所输出直流电压参考值；u_dc为牵引变电所输出直流电压；P^* _dc为牵引变电所输出功率参考值；P_dc为牵引变电所输出功率；R_d为下垂系数；s表示拉普拉斯变换，1/s表示积分运算。

进一步地，步骤S3的具体实现方式如下：

S3-1、根据公式：

得到输出电流在d-q坐标系下d轴的参考值i^* _vd；其中，k_p3为PI控制器的比例参数，k_i3为PI控制器的积分参数；

S3-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器内环电流控制方程；其中，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _vd为输出电流在d-q坐标系下的d轴参考值，i^* _vq为输出电流在d-q坐标系下的q轴参考值，为了保证单位功率因素运行，i^* _vq取0；k_p1、k_i1为PI控制器的比例参数，k_p2、k_i2为PI控制器的积分参数；u_diffd表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_diffq表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的q轴分量，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；

S3-3、将d-q坐标系下的上下桥臂差模电压u_diffd和u_diffq的坐标变换到三相静止a-b-c坐标系下，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波u_jref。

进一步地，步骤S4的具体实现方式如下：

S4-1、根据公式：

得到每一相上桥臂的桥臂电流i_pj和每一相下桥臂的桥臂电流i_nj；其中，i_dc为输出直流电流，为功率因数角，m为谐波次数；i_mf为m次分量的环流峰值，/>为角频率；

根据公式：

得到每一相环流表达式i_jcir，将环流i_jcir变换到d-q坐标系下得到d轴和q轴分量i_jcird、i_jcirq。

S4-2、根据公式：

得到每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的d轴控制量u_jcird和每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的q轴控制量u_jcirq；其中，i_jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴分量，i_jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴参考量，i^* _jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴参考量，k_p4、k_p5为PI控制器的比例参数，k_i4、k_i5为PI控制器的积分参数；

S4-3、对d-q坐标系下的每一相环流抑制策略控制量u_jcird和u_jcirq变换到三相静止a-b-c坐标系下，得到三相模块化多电平变换器的环流抑制调制波修正量。

进一步地，步骤S5的具体实现方式如下：

S5-1、根据三相模块化多电平变换器的参考调制波和三相模块化多电平变换器的环流抑制调制波修正量，得到上桥臂调制波u_{ref_up}和下桥臂调制波u_{ref_down}；

S5-2、根据公式：

得到上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down，下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up；其中，n为半桥子模块数；U_c为半桥子模块电容电压；f_round(x)为最近取整函数；

S5-3、根据上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down和下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up得到三相模块化多电平变换器调制策略。

进一步地，步骤S6的具体实现方式如下：

S6-1、根据上下桥臂电流方向判断半桥子模块电容充放电状态；

S6-2、当半桥子模块电容处于充电状态时，根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最低的n_on个模块；当半桥子模块电容处于放电状态时根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最高的n_on个模块；得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略。

本发明的有益效果为：

1.本发明解决了工频单相交流牵引供电系统存在的电能质量较差、存在电分相的问题，可以接入新能源、连接储能系统以及城轨牵引供电系统，增加供电距离，减少牵引变电所数量。

2.本发明能够保证牵引供电系统、牵引变电所稳定运行，解决了模块化多电平变换器内部环流及子模块电容电压不平衡的问题。

附图说明

图1为本发明结构图；

图2为本发明基于模块化多电平变换器的牵引变电所示意图；

图3为本发明的控制方法流程图；

图4为本发明35kV柔性直流牵引供电系统控制结构示意图第一部分；

图5为本发明35kV柔性直流牵引供电系统控制结构示意图第二部分；

图6为本发明35kV柔性直流牵引供电系统控制结构示意图第三部分。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种35kV柔性直流牵引供电系统，包括三相电网、基于模块化多电平变换器的牵引变电所、35kV直流牵引网和钢轨；三相电网连接基于模块化多电平变换器的牵引变电所的输入端；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端连接35kV直流牵引网；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端连接钢轨。

如图2所示，基于模块化多电平变换器的牵引变电所包括降压变压器和三相模块化多电平变换器；

三相模块化多电平变换器包括整流侧电感La、整流侧电感Lb、整流侧电感Lc、上桥臂桥臂电感L0、上桥臂桥臂电感L1、上桥臂桥臂电感L2、下桥臂桥臂电感L3、下桥臂桥臂电感L4、下桥臂桥臂电感L5、六个串联的n个半桥子模块、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；

降压变压器的原边连接三相电网；降压变压器的副边的第一相连接开关K1的一端；降压变压器的副边第二相连接开关K2的一端；降压变压器的副边第三相连接开关K3的一端；开关K1的另一端连接整流侧电感La的一端；开关K2的另一端连接整流侧电感Lb的一端；开关K3的另一端连接整流侧电感Lc的一端；整流侧电感La的另一端连接电阻R0的一端和电阻R3的一端；整流侧电感Lb的另一端连接电阻R1的一端和电阻R4的一端；整流侧电感Lc的另一端连接电阻R2的一端和电阻R5的一端；电阻R0的另一端连接上桥臂桥臂电感L0的一端；上桥臂桥臂电感L0的另一端连接第一个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R1的另一端连接上桥臂桥臂电感L1的一端；上桥臂桥臂电感L1的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R2的另一端连接上桥臂桥臂电感L2的一端；上桥臂桥臂电感L2的另一端连接第三个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R3的另一端连接下桥臂桥臂电感L3的一端；下桥臂桥臂电感L3的另一端连接第四个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R4的另一端下桥臂桥臂电感L4的一端；下桥臂桥臂电感L4的另一端连接连接第五个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R5的另一端连接下桥臂桥臂电感L5的一端；下桥臂桥臂电感L5的另一端连接第六个串联的半桥子模块的一端；

第一个串联的n个半桥子模块的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的另一端和第三个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端；第四个串联的n个半桥子模块的另一端连接第五个串联的n个半桥子模块的另一端和第六个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端。

半桥子模块包括绝缘栅双极晶体管T1、绝缘栅双极晶体管T2、电容C、二极管D1和二极管D2；绝缘栅双极晶体管T1的发射极连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极，作为半桥子模块的外接端口a；绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接电容C的一端；绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接电容C的另一端，作为半桥子模块的外接端口b；第n个半桥子模块的外接端口a连接第n-1个半桥子模块的外接端口b。

如图3所示，包括以下步骤：

S1、获取相关电路信息，并根据电路信息建立三相模块化多电平变换器数学模型；

S2、根据获取的相关电路信息，构建电压-功率综合控制，得到直流侧电压参考值；

S3、根据直流侧电压参考值和三相模块化多电平变换器数学模型，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波；

S4、根据获取的相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器内部环流，并进行三相模块化多电平变换器多次环流抑制，得到三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略和环流抑制调制波修正量；

S5、根据环流抑制调制波修正量、三相模块化多电平变换器的参考调制波和相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器调制策略；

S6、根据三相模块化多电平变换器调制策略和相关电路信息得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略；

S7、根据电压-功率综合控制方程、d-q解耦控制、三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略、三相模块化多电平变换器调制策略和三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略，共同实现对35kV柔性直流牵引供电系统的控制。

如图4、图5和图6所示，步骤S1的具体实现方式如下：

S1-1、根据公式：

得到上下桥臂差模电压u_diffj；其中，u_pj为每一相上桥臂的端口电压，其中u_nj为每一相下桥臂的端口电压；

S1-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器在d-q坐标系下的数学模型；其中，i_vd为交流侧相电流在d-q坐标系下的d轴分量；i_vq为交流侧相电流在d-q坐标系下的q轴分量；u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；u_diffd为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的d轴分量；u_diffq为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的q轴分量；R＝R₀/2为相内桥臂上等效电阻；ω为网侧交流电压的基波频率；L＝L₀/2为相内桥臂上的等效电感。

步骤S2的具体实现方式如下：

根据公式：

得到电压-功率综合控制方程，得到直流侧电压参考值u_dcref；其中，k_p6、k_p7为PI控制器的比例参数；k_i6、k_i7为PI控制器的积分参数；u^* _dc为牵引变电所输出直流电压参考值；u_dc为牵引变电所输出直流电压；P^* _dc为牵引变电所输出功率参考值；P_dc为牵引变电所输出功率；R_d为下垂系数；s表示拉普拉斯变换，1/s表示积分运算。步骤S3的具体实现方式如下：

S3-1、根据公式：

得到输出电流在d-q坐标系下d轴的参考值i^* _vd；其中，k_p3为PI控制器的比例参数，k_i3为PI控制器的积分参数；

S3-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器内环电流控制方程；其中，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _vd为输出电流在d-q坐标系下的d轴参考值，i^* _vq为输出电流在d-q坐标系下的q轴参考值，为了保证单位功率因素运行，i^* _vq取0；k_p1、k_i1为PI控制器的比例参数，k_p2、k_i2为PI控制器的积分参数；u_diffd表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_diffq表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的q轴分量，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；

S3-3、将d-q坐标系下的上下桥臂差模电压u_diffd和u_diffq的坐标变换到三相静止a-b-c坐标系下，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波u_jref。

步骤S4的具体实现方式如下：

S4-1、根据公式：

得到每一相上桥臂的桥臂电流i_pj和每一相下桥臂的桥臂电流i_nj；其中，i_dc为输出直流电流，为功率因数角，m为谐波次数；i_mf为m次分量的环流峰值，/>为角频率；

根据公式：

得到每一相环流表达式i_jcir，将环流i_jcir变换到d-q坐标系下得到d轴和q轴分量i_jcird、i_jcirq。

S4-2、根据公式：

得到每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的d轴控制量u_jcird和每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的q轴控制量u_jcirq；其中，i_jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴分量，i_jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴参考量，i^* _jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴参考量，k_p4、k_p5为PI控制器的比例参数，k_i4、k_i5为PI控制器的积分参数；

S4-3、对d-q坐标系下的每一相环流抑制策略控制量u_jcird和u_jcirq变换到三相静止a-b-c坐标系下，得到三相模块化多电平变换器的环流抑制调制波修正量。

步骤S5的具体实现方式如下：

S5-1、根据三相模块化多电平变换器的参考调制波和三相模块化多电平变换器的环流抑制调制波修正量，得到上桥臂调制波u_{ref_up}和下桥臂调制波u_{ref_down}；

S5-2、根据公式：

得到上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down，下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up；其中，n为半桥子模块数；U_c为半桥子模块电容电压；f_round(x)为最近取整函数；

S5-3、根据上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down和下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up得到三相模块化多电平变换器调制策略。

步骤S6的具体实现方式如下：

S6-1、根据上下桥臂电流方向判断半桥子模块电容充放电状态；

S6-2、当半桥子模块电容处于充电状态时，根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最低的n_on个模块；当半桥子模块电容处于放电状态时根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最高的n_on个模块；得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略。

本发明解决了既有工频单相交流牵引供电系统存在的问题，采用电力电子器件构成基于模块化多电平变换器的柔性直流牵引变电所，解决电能质量较差的问题。35kV直流牵引网可以解决电分相问题，还具有方便接入新能源、储能系统以及城轨牵引供电系统，增加供电距离，减少牵引变电所数量的优点。本发明不仅可实现对基于模块化多电平变换器的柔性牵引变电所的基础控制，还可解决模块化多电平变换器存在的环流问题、电容电压不平衡问题，保证多个柔性牵引变电所构成的35kV柔性直流牵引供电系统多工况条件下的稳定运行。

Claims (10)

1.一种35kV柔性直流牵引供电系统，其特征在于，包括三相电网、基于模块化多电平变换器的牵引变电所、35kV直流牵引网和钢轨；三相电网连接基于模块化多电平变换器的牵引变电所的输入端；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端连接35kV直流牵引网；基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端连接钢轨。

2.根据权利要求1所述的一种35kV柔性直流牵引供电系统，其特征在于，基于模块化多电平变换器的牵引变电所包括降压变压器和三相模块化多电平变换器；

三相模块化多电平变换器包括整流侧电感La、整流侧电感Lb、整流侧电感Lc、上桥臂桥臂电感L0、上桥臂桥臂电感L1、上桥臂桥臂电感L2、下桥臂桥臂电感L3、下桥臂桥臂电感L4、下桥臂桥臂电感L5、六个串联的n个半桥子模块、电阻R0、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5；

降压变压器的原边连接三相电网；降压变压器的副边的第一相连接开关K1的一端；降压变压器的副边第二相连接开关K2的一端；降压变压器的副边第三相连接开关K3的一端；开关K1的另一端连接整流侧电感La的一端；开关K2的另一端连接整流侧电感Lb的一端；开关K3的另一端连接整流侧电感Lc的一端；整流侧电感La的另一端连接电阻R0的一端和电阻R3的一端；整流侧电感Lb的另一端连接电阻R1的一端和电阻R4的一端；整流侧电感Lc的另一端连接电阻R2的一端和电阻R5的一端；电阻R0的另一端连接上桥臂桥臂电感L0的一端；上桥臂桥臂电感L0的另一端连接第一个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R1的另一端连接上桥臂桥臂电感L1的一端；上桥臂桥臂电感L1的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R2的另一端连接上桥臂桥臂电感L2的一端；上桥臂桥臂电感L2的另一端连接第三个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R3的另一端连接下桥臂桥臂电感L3的一端；下桥臂桥臂电感L3的另一端连接第四个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R4的另一端下桥臂桥臂电感L4的一端；下桥臂桥臂电感L4的另一端连接连接第五个串联的n个半桥子模块的一端；电阻R5的另一端连接下桥臂桥臂电感L5的一端；下桥臂桥臂电感L5的另一端连接第六个串联的半桥子模块的一端；

第一个串联的n个半桥子模块的另一端连接第二个串联的n个半桥子模块的另一端和第三个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第一输出端；第四个串联的n个半桥子模块的另一端连接第五个串联的n个半桥子模块的另一端和第六个串联的n个半桥子模块的另一端，作为基于模块化多电平变换器的牵引变电所的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的一种35kV柔性直流牵引供电系统，其特征在于，半桥子模块包括绝缘栅双极晶体管T1、绝缘栅双极晶体管T2、电容C、二极管D1和二极管D2；绝缘栅双极晶体管T1的发射极连接绝缘栅双极晶体管T2的集电极，作为半桥子模块的外接端口a；绝缘栅双极晶体管T1的集电极连接电容C的一端；绝缘栅双极晶体管T2的发射极连接电容C的另一端，作为半桥子模块的外接端口b；第n个半桥子模块的外接端口a连接第n-1个半桥子模块的外接端口b。

4.一种应用于权利要求1～3任一所述的一种35kV柔性直流牵引供电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取相关电路信息，并根据电路信息建立三相模块化多电平变换器数学模型；

S2、根据获取的相关电路信息，构建电压-功率综合控制，得到直流侧电压参考值；

S3、根据直流侧电压参考值和三相模块化多电平变换器数学模型，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波；

S4、根据获取的相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器内部环流，并进行三相模块化多电平变换器多次环流抑制，得到三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略和环流抑制调制波修正量；

S5、根据环流抑制调制波修正量、三相模块化多电平变换器的参考调制波和相关电路信息，得到三相模块化多电平变换器调制策略；

S6、根据三相模块化多电平变换器调制策略和相关电路信息得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略；

S7、根据电压-功率综合控制方程、d-q解耦控制、三相模块化多电平变换器内部环流抑制控制策略、三相模块化多电平变换器调制策略和三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略，共同实现对35kV柔性直流牵引供电系统的控制。

5.根据权利要求4所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S1的具体实现方式如下：

S1-1、根据公式：

得到上下桥臂差模电压u_diffj；其中，u_pj为每一相上桥臂的端口电压，其中u_nj为每一相下桥臂的端口电压；

S1-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器在d-q坐标系下的数学模型；其中，i_vd为交流侧相电流在d-q坐标系下的d轴分量；i_vq为交流侧相电流在d-q坐标系下的q轴分量；u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；u_diffd为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的d轴分量；u_diffq为上下桥臂差模电压u_diffj在d-q坐标系下的q轴分量；R＝R₀/2为相内桥臂上等效电阻；ω为网侧交流电压的基波频率；L＝L₀/2为相内桥臂上的等效电感。

6.根据权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S2的具体实现方式如下：

根据公式：

得到电压-功率综合控制方程，得到直流侧电压参考值u_dcref；其中，k_p6、k_p7为PI控制器的比例参数；k_i6、k_i7为PI控制器的积分参数；u^* _dc为牵引变电所输出直流电压参考值；u_dc为牵引变电所输出直流电压；P^* _dc为牵引变电所输出功率参考值；P_dc为牵引变电所输出功率；R_d为下垂系数；s表示拉普拉斯变换，1/s表示积分运算。

7.根据权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方式如下：

S3-1、根据公式：

得到输出电流在d-q坐标系下d轴的参考值i^* _vd；其中，k_p3为PI控制器的比例参数，k_i3为PI控制器的积分参数；

S3-2、根据公式：

得到三相模块化多电平变换器内环电流控制方程；其中，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _vd为输出电流在d-q坐标系下的d轴参考值，i^* _vq为输出电流在d-q坐标系下的q轴参考值，为保证单位功率因素运行，i^* _vq取0；k_p1、k_i1为PI控制器的比例参数，k_p2、k_i2为PI控制器的积分参数；u_diffd表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的d轴分量，u_diffq表示上下桥臂差模电压在d-q坐标系下的q轴分量，u_sd为交流侧相电压在d-q坐标系下的d轴分量；u_sq为交流侧相电压在d-q坐标系下的q轴分量；

S3-3、将d-q坐标系下的上下桥臂差模电压u_diffd和u_diffq的坐标变换到三相静止a-b-c坐标系下，进行d-q解耦控制，得到三相模块化多电平变换器的参考调制波u_jref。

8.根据权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S4的具体实现方式如下：

S4-1、根据公式：

得到每一相上桥臂的桥臂电流i_pj和每一相下桥臂的桥臂电流i_nj；其中，i_dc为输出直流电流，为功率因数角，m为谐波次数；i_mf为m次分量的环流峰值，/>为角频率；

根据公式：

得到每一相环流表达式i_jcir，将环流i_jcir变换到d-q坐标系下得到d轴和q轴分量i_jcird、i_jcirq。

S4-2、根据公式：

得到每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的d轴控制量u_jcird和每一相环流抑制策略在d-q坐标系下的q轴控制量u_jcirq；其中，i_jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴分量，i_jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴分量，i^* _jcird为每相的环流在d-q坐标系下的d轴参考量，i^* _jcirq为每相的环流在d-q坐标系下的q轴参考量，k_p4、k_p5为PI控制器的比例参数，k_i4、k_i5为PI控制器的积分参数；

S4-3、对d-q坐标系下的每一相环流抑制策略控制量u_jcird和u_jcirq变换到三相静止a-b-c坐标系下，得到三相模块化多电平变换器多次环流抑制控制策略和环流抑制调制波修正量。

9.根据权利要求8所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S5的具体实现方式如下：

S5-1、根据三相模块化多电平变换器的参考调制波和三相模块化多电平变换器的环流抑制调制波修正量，得到上桥臂调制波u_{ref_up}和下桥臂调制波u_{ref_down}；

S5-2、根据公式：

得到上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down，下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up；其中，n为半桥子模块数；U_c为半桥子模块电容电压；f_round(x)为最近取整函数；

S5-3、根据上桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_down和下桥臂处于投入状态的半桥子模块数n_up得到三相模块化多电平变换器调制策略。

10.根据权利要求9所述的一种控制方法，其特征在于，步骤S6的具体实现方式如下：

S6-1、根据上下桥臂电流方向判断半桥子模块电容充放电状态；

S6-2、当半桥子模块电容处于充电状态时，根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最低的n_on个模块；当半桥子模块电容处于放电状态时根据三相模块化多电平变换器调制策略得到的上桥臂和下桥臂需投入的半桥子模块数和半桥子模块电容电压大小确定投入半桥子模块中电压最高的n_on个模块；得到三相模块化多电平变换器半桥子模块电容电压均衡策略。