一种分区所的列车过分相区不断电系统的制作方法

本发明涉及铁路运输设备和电力电子技术领域，特别是涉及一种分区所的列车过分相区不断电系统。

背景技术：

交流牵引供电系统为了减小注入电力系统的负序电流，实现分段受流，采取轮换相序的接入方式，因而存在分相区。列车在通过分相区时，无论是采用人工切换技术、柱上自动开关切换、地面自动切换，还是列车自动断电切换等国内外现有的哪种方案，都会使列车经历一段大约时间为100ms的供电死区，并且断电-复电过程容易出现系统过电压与过电流，供电死区的存在还会造成列车速度的损失。

针对如何使列车柔性通过分相区这一问题，目前的一种做法是基于背靠背变流器实现分相区的接触网带电，随着列车进入与驶出该分相区期间，分相区的电压幅值和/或相位逐渐由前一段带电区(左供电臂)的幅值和/或相位渐变为后一段带电区(右供电臂)的幅值或相位，以实现分相区区间两端的柔性过渡，其中，左供电臂与分相区的交叉区间以及右供电臂与分相区的交叉区间为过渡区。

具体的，请参照图1，图1为现有技术中实现列车柔性通过分相区的原理示意图。现有技术中，将背靠背变流器通过串联的两个变压器T1和T2接入分相区，其中，变压器T1的初级电压(基准电压)为左供电臂的电压，变压器T2的初级电压(基准电压)为右供电臂的电压，则其中，为分相区电压，为变压器T1的次级电压，为变压器T2的次级电压，为背靠背变流器的输出电压；通过背靠背变流器、变压器T2和变压器T1共同调节分相区的电压的幅值和/或相位及分相区的电流的幅值和/或相位，使分相区的电压的幅值和/或相位随着列车驶入分相区期间从左供电臂的电压缓慢变成右供电臂的电压实现分相区两端电压的幅值和/或相位的柔性过渡，从而实现列车不断电柔性通过分相区。但是，由于现有技术中列车过分相区不断电的系统除了采用背靠背变流器两端的变压器之外又另外采用了两个变压器，使整个系统的成本和体积增加。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的分区所的列车过分相区不断电系统成为本领域的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分区所的列车过分相区不断电系统，在使用过程中实现了列车过分相区不断电的同时使系统的成本降低，体积较小。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种分区所的列车过分相区不断电系统，所述系统包括第一变压器、背靠背变流器、分相区和供电臂，其中：

所述第一变压器的原边线圈的输入端与所述供电臂的输出端连接，所述第一变压器的原边线圈的输出端接地；

所述第一变压器的第一副边线圈与所述背靠背变流器的输入端连接；

所述第一变压器的第二副边线圈的输入端与所述背靠背变流器的第一输出端连接；所述第二副边线圈的输出端与所述分相区连接；

所述背靠背变流器的第二输出端接地；

所述背靠背变流器用于调节所述分相区的电压和电流的幅值和/或相位。

优选的，所述系统还包括第二变压器，其中：

所述第二变压器的原边线圈的输入端与所述背靠背变流器的输出端连接，所述第二变压器的副边线圈的第一端与所述第二副边线圈的输入端连接，所述第二变压器的副边线圈的第二端接地。

优选的，所述背靠背变流器包括整流器、稳压电容和逆变器，其中：

所述整流器的输入端作为所述背靠背变流器的输入端，所述整流器的输出端与所述稳压电容并联后与所述逆变器的输入端连接，所述逆变器的输出端作为所述背靠背变流器的输出端。

优选的，所述背靠背变流器还包括滤波器，其中：

所述稳压电容与所述滤波器并联后再与所述逆变器的输入端连接。

优选的，所述滤波器为LC滤波器。

优选的，所述第二变压器为隔离变压器。

优选的，所述背靠背变流器为基于两电平或三电平的背靠背变流器。

优选的，所述第一变压器的原边线圈的匝数与所述第一变压器的第二副边线圈的匝数的比值为1：1。

优选的，所述供电臂为列车驶出侧的供电臂。

优选的，如上述任一项所述的调节所述分相区的电流的幅值和/或相位的具体过程为：

通过调节所述分相区的电流i0使所述分相区内的过渡区的电流为iA+i0＝Ic，其中，iA为列车在过渡区时所述过渡区所在供电臂的电流瞬时值，Ic为所述列车行驶所需的电流；

当所述列车驶入所述分区所前端的过渡区的瞬间，所述过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝Ic，i0＝0，当所述列车驶出所述分区所前端的过渡区的瞬间，所述过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝0，i0＝Ic；

当所述列车驶入所述分区所后端的过渡区的瞬间，所述过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝0，i0＝Ic，当所述列车驶出所述分区所后端的过渡区的瞬间，所述过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝Ic，i0＝0。

本发明提供了一种分区所的列车过分相区不断电系统，该系统包括第一变压器、背靠背变流器、分相区和供电臂，其中：第一变压器的原边线圈的输入端与供电臂的输出端连接，第一变压器的原边线圈的输出端接地；第一变压器的第一副边线圈与背靠背变流器的输入端连接；第一变压器的第二副边线圈的输入端与背靠背变流器的第一输出端连接；第二副边线圈的输出端与分相区连接；背靠背变流器的第二输出端接地；背靠背变流器用于调节分相区的电压和电流的幅值和/或相位。

在通过背靠背变流器调节分相区的电流的幅值和/或相位的基础上，由于分区所两端电压幅值/相位理论上是一致的，只是当负载不同时会存在一定的幅值/相位差，但是并不大，所以本发明采用一个变压器即第一变压器，将分区所某一侧的供电臂电压作为基准电压，背靠背变流器的输出电压与第一变压器的第二副边线圈的电压的幅值和/或相位叠加后使分区所分相区的电压的幅值和/或相位从列车驶入侧的供电臂电压的幅值和/或相位变化至列车驶出侧的供电臂电压的幅值和/或相位，实现了分相区区域两端电压幅值和/或相位的柔性过渡，从而实现列车过分相区不断电。与现有技术相比，本发明实现了列车过分相区不断电，同时由于减少了变压器的使用数量，使系统的成本降低，体积较小。

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为现有技术中实现列车柔性通过分相区的原理示意图；

图2为本发明提供的一种分区所的列车过分相区不断电系统的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种分区所的列车过分相区不断电系统的结构示意图；

图4为本发明提供的过渡区电流调节示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种分区所的列车过分相区不断电系统，在使用过程中实现了列车过分相区不断电的同时使系统的成本降低，体积较小。

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。

实施例一

请参照图2，图2为本发明提供的一种分区所的列车过分相区不断电系统的结构示意图。

该系统包括第一变压器1、背靠背变流器2、分相区3和供电臂4，其中：

第一变压器1的原边线圈的输入端与供电臂4的输出端连接，第一变压器1的原边线圈的输出端接地；

第一变压器1的第一副边线圈与背靠背变流器的输入端连接；

第一变压器1的第二副边线圈的输入端与背靠背变流器2的第一输出端连接；第二副边线圈的输出端与分相区3连接；

背靠背变流器2的第二输出端接地；

背靠背变流器2用于调节分相区3的电压和电流的幅值和/或相位。

需要说明的是，由于分区所的分相区3两端的供电臂的电压的幅值在理论上一致，并且只有当负载不同时会存在很小的相位差，所以本发明只采用一个变压器即第一变压器1。列车从既定方向驶入分区所，在分区所的前端由变电所的馈线供电，即由列车输入侧的供电臂供电，当列车进入到分区所的分相区3时列车由第一变压器1和背靠背变流器2共同供电，期间通过调节背靠背变流器2使分相区3的电压实现从分相区3前端供电臂的电压逐步过渡到分相区3后端供电臂的电压，在列车驶出分相区3之前完成此调节，确保列车平稳驶入分相区3和平稳驶出分相区3。

具体的，第一变压器1将分相区3一端的供电臂4的电压(该电压的大小一般为27.5kV)作为基准电压，第一变压器1的第一副边线圈将该第一副边线圈的电压输出至背靠背变流器2，通过背靠背变流器2的调节，输出调节后的电压第一变压器1的第二副边线圈的输出的电压为由于第一变压器1的第二副边线圈的输入端与背靠背变流器2的输出端相连，第二副边线圈的输出端与分相区3的电压端相连，故分相区3的电压当列车从分相区3的一端驶向另一端时(例如从左端驶向右端)，通过背靠背变流器2调节分相区3的电压的幅值和/或相位，使分相区3的电压的幅值和/或相位随着列车驶入分相区3期间从左供电臂的电压的幅值和/或相位缓慢变化至右供电臂的电压的幅值和/或相位，即可实现列车不断电柔性通过分相区3。

当然，背靠背变流器2可以调节分相区3的电压的幅值和/或相位，也可以根据需要调节分相区3的电流的幅值和/或相位。

本发明提供了一种分区所的列车过分相区不断电系统，该系统包括第一变压器、背靠背变流器、分相区和供电臂，其中：第一变压器的原边线圈的输入端与供电臂的输出端连接，第一变压器的原边线圈的输出端接地；第一变压器的第一副边线圈与背靠背变流器的输入端连接；第一变压器的第二副边线圈的输入端与背靠背变流器的第一输出端连接；第二副边线圈的输出端与分相区连接；背靠背变流器的第二输出端接地；背靠背变流器用于调节分相区的电压和电流的幅值和/或相位。

在通过背靠背变流器调节分相区的电流的幅值和/或相位的基础上，由于分区所两端电压幅值/相位理论上是一致的，只是当负载不同时会存在一定的幅值/相位差，但是并不大，所以本发明采用一个变压器即第一变压器，将分区所某一侧的供电臂电压作为基准电压，背靠背变流器的输出电压与第一变压器的第二副边线圈的电压的幅值和/或相位叠加后使分区所分相区的电压的幅值和/或相位从列车驶入侧的供电臂电压的幅值和/或相位变化至列车驶出侧的供电臂电压的幅值和/或相位，实现了分相区区域两端电压幅值和/或相位的柔性过渡，从而实现列车过分相区不断电。与现有技术相比，本发明实现了列车过分相区不断电，同时由于减少了变压器的使用数量，使系统的成本降低，体积较小。

实施例二

请参照图3，图3为本发明提供的另一种分区所的列车过分相区不断电系统的结构示意图，在实施例一的基础上：

作为优选的，系统还包括第二变压器5，其中：

第二变压器5的原边线圈的输入端与背靠背变流器2的输出端连接，第二变压器5的副边线圈的第一端与第二副边线圈的输入端连接，第二变压器5的副边线圈的第二端接地。

具体的，背靠背变流器2将输出的电压经第二变压器5后传输至第一变压器1的第二副边线圈，第二变压器5输出的电压为此时，分相区3的电压适用于分区所两端电压幅值/相位相差较大时，提高了该系统的使用范围。

作为优选的，背靠背变流器2包括整流器21、稳压电容22和逆变器23，其中：

整流器21的输入端作为背靠背变流器2的输入端，整流器21的输出端与稳压电容22并联后与逆变器23的输入端连接，逆变器23的输出端作为背靠背变流器2的输出端。

具体的，整流器21将第一变压器1的第一副边线圈输出的电压进行整流，将交流电转化成直流电，经过稳压电容22后输出至逆变器23，该逆变器23将稳压后的直流电转化成交流电输出至第二变压器5，并根据具体需要对电压的幅值和/或相位进行调整。

需要说明的是，背靠背变流器2的输入侧可以采用可控器件，也可以采用不可控器件，可根据具体情况而定，本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，背靠背变流器2还包括滤波器24，其中：

稳压电容22与滤波器24并联后再与逆变器23的输入端连接。

具体的，本申请中所提供的背靠背变流器2还可以包括滤波器24，对稳压电容22输出的的电压进行滤波消除干扰信号，使得到的电压信号更加精确。

作为优选的，滤波器24为LC滤波器。

需要说明的是，上述滤波器24可以采用LC滤波器。

当然，滤波器24不仅限于LC滤波器，还可以采用其他形式的滤波器，例如LCL滤波器，其具体形式本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，第二变压器5为隔离变压器。

具体的，第二变压器5采用隔离性质的变压器，有利于提高整个分区所的列车过分相区3不断电系统的可靠性。

作为优选的，背靠背变流器2为基于两电平或三电平的背靠背变流器2。

当然，背靠背变流器2的具体结构形式不仅限于两电平或三电平，还可以采用其他结构形式的背靠背变流器，本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，第一变压器1的原边线圈的匝数与第一变压器1的第二副边线圈的匝数的比值为1：1。

需要说明的是，第一变压器1的原边线圈的匝数与第一变压器1的第二副边线圈的匝数的比值还可以为其他数值，其具体数值可以根据实际需要而定，本发明在此不做特殊的限定，能实现本发明的目的即可。

作为优选的，供电臂4为列车驶出侧的供电臂。

具体的，本申请中的供电臂4为列车驶出侧的供电臂，例如列车从左端驶向右端，则列车驶出侧的供电臂即为右供电臂，即第一变压器1的基准电压由列车驶出侧的供电臂(右供电臂)提供；当然，该供电臂4还可以为列车驶入侧的供电臂，即第一变压器1的基准电压还可以由列车驶入侧的供电臂提供。

需要说明的是，第一变压器1的基准电压还可以由分相区3两端的供电臂电压按一定比例合成，其比例的具体数值可以根据实际情况而定。

作为优选的，如上述任一项的调节分相区3的电流的幅值和/或相位的具体过程为：

通过调节分相区3的电流i0使分相区3内的过渡区的电流为iA+i0＝Ic，其中，iA为列车在过渡区时过渡区所在供电臂的电流瞬时值，Ic为列车行驶所需的电流；

当列车驶入分区所前端的过渡区的瞬间，过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝Ic，i0＝0，当列车驶出分区所前端的过渡区的瞬间，过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝0，i0＝Ic；

当列车驶入分区所后端的过渡区的瞬间，过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝0，i0＝Ic，当列车驶出分区所后端的过渡区的瞬间，过渡区所在供电臂的电流瞬时值为iA＝Ic，i0＝0。

由于列车在经过过渡区时电流可能发生突变，极易引起过电压，因此，需要通过背靠背变流器2的调节功能对分相区3的电流进行调节，进一步对过渡区的电流进行调节，使列车在经过过渡区时能实现列车电流的平滑过度。

请参照图4，图4为本发明提供的过渡区电流调节示意图。

具体的，过渡区为图中MDa段和MDb段。可以通过调节分相区3电流i0以及过渡区所在供电臂的电流iA使iA+i0＝Ic，即当列车驶入时过渡区时，使过渡区的供电电流为列出电流Ic。

如图4所示，当列车进入过渡区之前，列车电流由该过渡区所在的供电臂提供，列车进入过渡区后通过分区所的列车过分相区3不断电系统调节分相区3电流I0使其从0开始平滑增大，过渡区所在的供电臂的电流IA使其从Ic相应的平滑减小，使iA+i0＝Ic，从而实现列车电流的平滑过度，较小电流突变的冲击，降低过电压水平。

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。