本发明涉及铁路供电技术领域，特别是涉及一种完全贯通交流牵引供电系统。
背景技术
目前世界上电气化铁路绝大部分采用交流供电系统，为了负荷平衡及消除负序分量，通常采用分段轮换相序的供电方式，即异相供电方式，这就导致牵引供电网上必然存在电分相，参见图1所示，图1为目前异相牵引供电系统的结构示意图。
其中，电力系统提供110kv/220kv的高压电源，其容量一般较大，可以承受较大的短路电流和谐波电流。牵引变压器完成三相高压交流到次边两相低压的转化，由于次边的非三相对称(图中为α、β两相)，导致牵引变压器的原边电流三相不对称，或者说负序电流的存在。变压器次边利用馈线将25kv电压连接到牵引网当中，再经牵引网导线、受电弓接入列车，并经钢轨和回流线构成一个完整的回路。
异相供电指的是两相邻供电臂的电压幅值和相位各不相同，例如图1中α1、β1、α2、β2四个供电臂，彼此相邻段电压一般不同，因此导致两个供电臂之间必须采用电分相或者说无电区来进行电气隔离。电分相的存在，不仅影响了列车舒适度和速度，更有可能使得列车调入无电的电分相区间，或者导致拉弧，严重情况下甚至烧损牵引网，严重影响系统安全可靠性。
因此，如何提供一种同相供电的完全贯通交流牵引供电系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种完全贯通交流牵引供电系统，能够保证各个变电所内的供电臂处于同相，避免列车拉弧现象出现，安全性高，列车的运行性能好。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种完全贯通交流牵引供电系统，包括若干个变电所；所述变电所包括若干个同相供电装置、左供电臂、供电中性段和右供电臂，且相邻变电所的供电臂之间连通；
所述同相供电装置的输入端连接供电电网，输出端连接牵引电网母线，所述同相供电装置用于将所述供电电网内的三相交流电转换为特定电压的单相交流电输送至所述牵引电网母线，且所述同相供电装置的功率依据特定规则进行分配控制；
所述左供电臂和所述供电中性段之间，以及所述供电中性段和所述右供电臂之间分别通过平行线断开，且所述左供电臂、所述供电中性段和所述右供电臂分别连接所述牵引电网母线。
优选地，所述同相供电装置具体包括：
三相变压器，所述三相变压器的高压侧连接所述供电电网，低压侧连接三相变单相交流器的输入端；
所述三相变单相交流器的输出端连接所述牵引电网母线；所述三相变单相交流器用于将所述三相变压器输出的三相电流转换为单相电流。
优选地，所述同相供电装置具体包括：
牵引变压器，用于将所述供电电网的三相交流电转换为两路单相交流电；所述牵引变压器的第一路单相输出端包括直接连接所述牵引电网母线的接线端以及接地端，第二路单相输出端连接同向供电变流器；
所述同向供电变流器包括若干个内部变压器以及若干个内部变流器；每个所述内部变压器的输入端分别连接所述第二路单相输出端；
所述内部变压器包括多组变压绕组，其中，第一组变压绕组的正负输出端分别连接所述牵引电网母线以及接地端，第i组变压绕组的输出端分别与其余内部变压器内的第i组变压绕组的输出端并接后与第i个所述内部变流器的输入端连接；所述内部变流器的正负输出端分别连接所述牵引电网母线以及接地端；2≤i≤n，n为所述变压绕组的个数。
优选地，所述内部变压器中第一组变压绕组具体通过分段开关连接所述牵引电网母线；所述变压绕组与所述内部变流器的输入端之间，以及所述内部变流器的正输出端与所述牵引电网母线之间具体通过分段开关连接。
优选地，相邻变电所的所述同相供电装置之间通过通信链路进行数据交互；
所述系统还包括：
控制装置，用于依据获取的各个所述变电所的供电幅值和相位按照所述特定规则分配控制各个所述同相供电装置的功率。
优选地，所述通信链路具体为光纤通信链路、无线通信链路、卫星通信链路中的任一种。
优选地，若干个所述变电所中的一个所述变电所为主变电所，其余为从变电所；每个所述变电所的若干个所述同相供电装置中的一个同相供电装置为主同相供电装置，其余为从同相供电装置；
所述控制装置还包括：
主从调配单元，用于当有变电所出现故障时，调配各个正常变电所的功率；当所述主变电所故障时，进行主从变电所切换；当有同相供电装置出现故障时，调配各个正常同相供电装置的功率；当所述主同相供电装置故障时，进行主从同相供电装置切换。
优选地，所述左供电臂、所述供电中性段和所述右供电臂分别通过分段开关连接所述牵引电网母线。
优选地，所述左供电臂和所述供电中性段之间，以及所述供电中性段和所述右供电臂之间分别通过锚段关节式分相断开。
本发明提供了一种完全贯通交流牵引供电系统，系统中的每个变电所内包括若干个同相供电装置，该同相供电装置将供电电网内的交流电进行处理后输送给牵引电网母线，左供电臂、供电中性段和右供电臂分别连接牵引电网母线，从牵引电网母线里获取交流电并通过受电弓为列车供电。由于左供电臂、供电中性段和右供电臂均是从同一母线获取电能，因此同一变电所内的各个供电臂之间为同相，即电流的电压幅值和相位相同。并且，不同变电所之间的供电臂处于连通状态，为了保证不同变电所相连通的供电臂之间的电压电流保持一致，则令各个同相供电装置的功率依据特定规则进行统一分配控制，进而保证了各个变电所内的供电臂的电压幅值和相位的统一，避免了异相供电导致的列车拉弧现象出现，安全性高，列车的运行性能更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为目前异相牵引供电系统的结构示意图；
图2为本发明提供的一种完全贯通交流牵引供电系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种完全贯通交流牵引供电系统，能够保证各个变电所内的供电臂处于同相，避免列车拉弧现象出现，安全性高，列车的运行性能好。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种完全贯通交流牵引供电系统，包括若干个变电所；变电所包括若干个同相供电装置、左供电臂、供电中性段和右供电臂，且相邻变电所的供电臂之间连通；
同相供电装置的输入端连接供电电网，输出端连接牵引电网母线，同相供电装置用于将供电电网内的三相交流电转换为特定电压的单相交流电输送至牵引电网母线，且同相供电装置的功率依据特定规则进行分配控制；
左供电臂和供电中性段之间，以及供电中性段和右供电臂之间分别通过平行线断开，且左供电臂、供电中性段和右供电臂分别连接牵引电网母线。
可以理解的是，由于不同变电所的供电臂的电压幅值和相位之间存在差别，导致列车不能直接供一个变电所过渡到另一个变电所，需要在变电所之间设置分区所，但本发明中通过将相邻变电所的供电臂之间连通，并通过特定规则分配各个变电所的功率，使得各个变电所的供电保持一致，从而实现了相邻变电所的直接电气连接，不需要设置专门的分区所，避免了列车在经过分区所时的断电情况出现，列车运行的舒适度更高。
另外，由于左供电臂、供电中性段和右供电臂之间通过平行线断开，使得左供电臂与右供电臂之间没有物理连接，即分相在物理意义上仍然存在，但是列车在通过平行线时，分别与平行线两端的两路电线均有接触，因此使得列车可以完全不断电通过该分相，实现同相供电的目的。
在优选实施例中，参见图2所示，图2为本发明提供的一种完全贯通交流牵引供电系统的结构示意图。同相供电装置具体包括：
三相变压器，三相变压器的高压侧连接供电电网，低压侧连接三相变单相交流器的输入端；
三相变单相交流器的输出端连接牵引电网母线；三相变单相交流器用于将三相变压器输出的三相电流转换为单相电流。
可以理解的是，三相变单相交流器的工作过程可以具体为先将三相交流电整流为直流电，然后在将直流电逆变为单相交流电，该过程中还可根据需要同时进行降压的操作。当然，以上仅为一种具体实现方式，三相变单相交流器可以选择igbt、igct、ipm或碳化硅等不同半导体器件，其拓扑可采用两电平、三电平、h桥级联、链式、mmc等多种型式，三相变单相交流器可以有滤波器，也可不采用滤波器，即本发明不限定三相变单相交流器的具体结构。
另外，通过上述同相供电装置可以实现馈线的无功补偿及低次谐波的治理，从而实现变压器电能质量的综合治理。
在另一优选实施例中，同相供电装置具体包括：
牵引变压器，用于将供电电网的三相交流电转换为两路单相交流电；牵引变压器的第一路单相输出端包括直接连接牵引电网母线的接线端以及接地端，第二路单相输出端连接同向供电变流器；
同向供电变流器包括若干个内部变压器以及若干个内部变流器；每个内部变压器的输入端分别连接第二路单相输出端；
内部变压器包括多组变压绕组，其中，第一组变压绕组的正负输出端分别连接牵引电网母线以及接地端，第i组变压绕组的输出端分别与其余内部变压器内的第i组变压绕组的输出端并接后与第i个内部变流器的输入端连接；内部变流器的正负输出端分别连接牵引电网母线以及接地端；2≤i≤n，n为变压绕组的个数。
可以理解的是，变压器不能够直接实现三相变单相的目的，因此需要将三相转换为两路单相来实现。并且，内部变压器内除第一组变压绕组外，其余变压绕组的功能是相同的，这部分绕组具体设置的个数可根据实际情况而定。并且，同向供电变流器内设置多个内部变压器的目的是出于冗余设计考虑，具体设计的个数可根据实际需要而定。
进一步可知，内部变压器中第一组变压绕组具体通过分段开关连接牵引电网母线；变压绕组与内部变流器的输入端之间，以及内部变流器的正输出端与牵引电网母线之间具体通过分段开关连接。
需要注意的是，各个变压绕组独立通过开关连接牵引电网母线，能够使得变压绕组之间彼此独立，一旦有变压绕组出现故障，可通过断开开关切断故障绕组的连接，同时当有内部变流器故障时，也可以通过切换开关，断开故障变流器，选择正常的变流器接入，提高系统的可靠性。
在优选实施例中，相邻变电所的同相供电装置之间通过通信链路进行数据交互；
该系统还包括：
控制装置，用于依据获取的各个变电所的供电幅值和相位按照特定规则分配控制各个同相供电装置的功率。
可以理解的是，各个牵引变电所之间通过高速通信链路进行数据交互，实现各个牵引变电所供电幅值和相位的跟随，通过对同相供电装置实施适当的控制策略，主变电所实现电压源控制，其余从变电所进行电流源跟随控制，控制各个变电所之间的潮流流向及大小，实现各个变电所功率的逼近容量自适应分配。
其中，通信链路具体为光纤通信链路、无线通信链路、卫星通信链路中的任一种。当然，还可采用其他类型的通信链路，本发明对此不作具体限定。
在另一实施例中，各个牵引变电所之间可以不通过通信链路进行数据交互，而是通过预先设定各个同相供电装置中电压与功率的对应规律，控制各个同相供电装置始终保持输出相同幅值和相位的交流电，实现功率和潮流的自适应分配和控制。具体采用哪种方式实现分配控制各个同相供电装置的功率，本发明并不做具体限定。
具体的，若干个变电所中的一个变电所为主变电所，其余为从变电所；每个变电所的若干个同相供电装置中的一个同相供电装置为主同相供电装置，其余为从同相供电装置；
控制装置还包括：
主从调配单元，用于当有变电所出现故障时，调配各个正常变电所的功率；当主变电所故障时，进行主从变电所切换；当有同相供电装置出现故障时，调配各个正常同相供电装置的功率；当主同相供电装置故障时，进行主从同相供电装置切换。
可以理解的是，正常情况下每个变电所包含的同相供电装置一般采用一主一备的形式，作为冗余，但是这样需要保证从同相供电装置与主同相供电装置完全相同，使得同相供电装置的负担较大，因此，可以优选采用一主多备的形式，令多个从同相供电装置共同分担主同相供电装置的功率，减少每个从同相供电装置的功率负担。
作为优选地，左供电臂、供电中性段和右供电臂分别通过分段开关连接牵引电网母线。一旦有供电臂出现故障，可将该段供电臂与牵引电网母线间的分段开关断开即可，当供电中性段断开时，系统采用分相模式即可正常通过分相区。
可以理解的是，通过设置分段开关，可实现供电臂的分段保护和检修，提高系统的可维护性。
进一步的，左供电臂和供电中性段之间，以及供电中性段和右供电臂之间分别通过锚段关节式分相断开。
需要注意的是，一般列车运行为双向，因此左供电臂、供电中性段以及右供电臂均要设置为上下行线路，上行线路与下行线路完全一致，上行线路与下行线路可以分别连接牵引电网母线；另外，也可以分别设置上行牵引电网母线与下行牵引电网母线，上下行线路分别与对应的牵引电网母线连接，具体采用哪种方式本发明不作具体限定。
另外，牵引电网母线上的电压具体可以为25kv，当然，本发明对此不作具体限定。
本发明提供了一种完全贯通交流牵引供电系统，系统中的每个变电所内包括若干个同相供电装置，该同相供电装置将供电电网内的交流电进行处理后输送给牵引电网母线，左供电臂、供电中性段和右供电臂分别连接牵引电网母线，从牵引电网母线里获取交流电并通过受电弓为列车供电。由于左供电臂、供电中性段和右供电臂均是从同一母线获取电能，因此同一变电所内的各个供电臂之间为同相，即电流的电压幅值和相位相同；并且，不同变电所之间的供电臂处于连通状态，为了保证不同变电所相连通的供电臂之间的电压电流保持一致，则令各个同相供电装置的功率依据特定规则进行统一分配控制，进而保证了各个变电所内的供电臂的电压幅值和相位的统一，避免了异相供电导致的列车拉弧现象出现，安全性高，列车的运行性能更好。
本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。