本发明涉及牵引供电技术领域。
背景技术：
目前，电气化铁路中广泛采用三相-两相供电模式，变电所从三相电网取电经过牵引变压器降压后分两供电臂输出，为牵引网供电。但是由于两供电臂间、变电所之间电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此两供电臂间、各变电所间必须设置电分相。电分相的存在严重制约了列车的速度和载荷能力。并且由于电分相的存在，变电所间容量不能互补，因此需要大容量的变压器备用，对社会造成较大的浪费；当列车再生制动运行时，其再生制动的能量只能回馈给当前供电臂下的变电所，或给本区间内运行的列车供电，大量的再生制动能量难以得到充分有效利用，往往会造成供电区间牵引网电压抬升，直接影响列车和牵引网等主要设备的正常运行，威胁着列车和牵引供电系统安全稳定运行，同时造成大量能量浪费。
电气化铁路的牵引负荷为单相交流负荷，会通过牵引变电所向三相电网注入负序电流，使牵引供电系统三相严重不平衡，同时，还存在无功、谐波等问题。负序电流会给供用电设备带来一系列危害，如变压器产生能量损失，在铁心磁路中造成附加发热，降低变压器寿命；在输电线中造成能量损失，降低线路输送能力。无功功率的产生会增大设备容量，还会使得电网电压剧烈波动，增加设备及线路损耗。谐波电流可能引发牵引供电系统谐波谐振威胁电气设备安全，还会对仪表测量精度和正常通信造成影响。
因此如何解决牵引供电系统的电能质量问题，减少甚至取消电分相装置是当前牵引供电系统研究的热点问题。以变换器为核心设备的贯通式牵引供电系统可以完全取消电分相，实现跨区供电，负序、无功、谐波等问题也可以得到解决，并且系统容量配置可调，系统接入电压可变。但是如要满足铁路牵引变电所既有容量需要，需要级联大量三相-单相变换器，系统控制难、可靠性不高，大大增加了变电所成本，并且由于该系统主要由变换器构成，其过载能力弱，牵引网上瞬时高压很可能导致牵引供电系统难以正常工作，很难适应当前需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种贯通式牵引供电系统，它能有效地解决牵引网全线贯通状态下的电能质量问题。
本发明的目的是通过以下解决其技术问题，所采用的技术方案来实现的：一种贯通式牵引供电系统，包括牵引变压器tm、主变电所csm以及h桥结构的超级补偿系统sc，牵引变压器tm原边三相分别接于三相电网a相、b相、c相，副边单相a、单相b分别接于牵引网g与铁轨r；主变电所csm由副边为具有一组以上绕组的降压变压器t0与一组以上的超级补偿系统sc并联构成，主变电所csm作为电压源，其他设有降压变压器t1～tn和三相-单相级联变换器ada1～adan的变电所cs1～csn作为系统电流源，其中：主变电所csm采用三相-单相牵引变压器tm供电，三相输入取单相输出的结构，降压变压器t0的原边接三相电网，副边具有一组以上的绕组，该一组以上绕组的三相输出各自分别串接电抗器la1～la3、电抗器lb1～lb3、…，电抗器ln1～ln3后接入各自对应的超级补偿器sc1、超级补偿器sc2、…，超级补偿器scn的输入端，形成并联型超级补偿系统sc；主控制器mc输入端分别连接三相网侧电流ia、ib、ic和三相电网电压ua、ub、uc以及超级补偿器sc1，sc2，…，scn的支撑电容电压vdcn，主控制器mc输出端连接超级补偿系统sc的控制端。
所述贯通式牵引供电系统由设有超级补偿系统sc的主变电所csm和设有三相-单相级联变换器的其它变电所cs构成。
所述三相-单相牵引变压器为纯单相牵引变压器，或者其他三相-两相牵引变压器；当采用三相-两相牵引变压器时，副边只取一相输出，另一相备用。
所述的超级补偿器sc1、超级补偿器sc2、…、超级补偿器scn均采用两电平h桥结构，或者采用多电平h桥结构。
需要说明的是，根据实际需求三相-单相牵引变压器既可以是纯单相牵引变压器，也可以各类三相-两相牵引变压器，如yd11变压器、scott变压器、v/v变压器等。当采用三相-两相牵引变压器时，副边只取一相输出，另一相备用。由于三相-单相牵引变压器采用三相输入取单相输出的结构，列车运行时，将产生固定缺相的不平衡的无功和不平衡的谐波，同时列车处于牵引工况或再生制动工况时会有大量的有功对主变电所csm和三相电网造成冲击。为了解决这些问题，为主变电所csm配以一种超级补偿系统sc。超级补偿系统sc由多绕组降压变压器和超级补偿器组成，三相电网(a，b，c)经多绕组降压变压器降压，副边每个绕组再串接各自的电抗器(la1～la3，lb1～lb3，…，ln1～ln3)接出，最后接超级补偿器sc1，sc2，…，scn，形成并联型超级补偿系统sc。采用本发明提出的贯通式牵引供电系统，由主变电所csm作为电压源，其他牵引变电所作为电流源，以保证系统容量可随需要配置。本发明可实现牵引网全线贯通，可彻底解决电能质量问题，可实现列车-牵引网-牵引变电所-三相电网间能量友好互通，可方便接入新能源，且可方便接入不同三相电网。
与现有技术相比，本发明有益效果是：
1、本发明提出的一种贯通式牵引供电系统可以灵活配置牵引变电所容量，无需级联大量电力电子变换器，降低系统控制难度、提高系统可靠性，降低变电所成本。
2、除主变电所外，其他变电所均由多绕组降压变压器与级联变换器构成，可保证输出的电压相位、频率和幅值可控，满足并网要求，实现全线贯通。
3、主变电所配有超级补偿器，可彻底解决电能质量问题，实现列车-牵引网-牵引变电所-三相电网间能量友好互通，其他变电所均由多绕组降压变压器与级联变换器构成，可方便新能源的接入，且可方便接入不同三相电网。
附图说明
图1是本发明贯通式牵引供电系统结构；
图2是本发明带超级补偿系统的主变电所结构图；
图3是本发明基于两电平h桥结构的超级补偿器；
图4是本发明基于三电平h桥结构的超级补偿器
图5是本发明基于多电平h桥结构的超级补偿器
具体实施方式
图(1)是本发明贯通式牵引供电系统结构图，三相电网(a，b，c)经三相-单相牵引变压器tm，输出27.5kv牵引网电压，并配以超级补偿系统sc解决电能质量问题。其他设有带降压变压器t1～tn和三相-单相级联变换器ada1～adan的变电所cs1～csn作为系统电流源，以保证系统容量可随需要配置，形成贯通式牵引供电网络。主变电所csm采用三相-单相牵引变压器tm供电，牵引变压器tm原边三相分别接于三相电网(a，b，c)，副边两相(a，b)分别接于牵引网(g)与铁轨(r)，输出27.5kv牵引网电压；图中，l1、l2均为列车。需要说明的是，根据实际需求三相-单相牵引变压器既可以是纯单相牵引变压器，也可以各类三相-两相牵引变压器，如yd11变压器、scott变压器、v/v变压器等。当采用三相-两相牵引变压器时，副边只取一相输出，另一相备用。由于三相-单相牵引变压器采用三相输入取单相输出的结构，列车运行时，将产生固定缺相的不平衡的无功和不平衡的谐波，同时列车处于牵引工况或再生制动工况时会有大量的有功对主变电所csm和三相电网造成冲击。为了解决这些问题，如图(2)所示为本发明的超级补偿系统sc。超级补偿系统sc由多绕组降压变压器和超级补偿器组成，三相电网(a，b，c)经多绕组降压变压器降压，副边每个绕组再经电抗器(la1～la3，lb1～lb3，…，ln1～ln3)接出，最后接超级补偿器sc1，sc2，…，scn，形成并联型超级补偿系统sc。需要说明的是，根据实际需求，超级补偿器可以是两电平结构，也可以是多电平结构，例如，图(3)所示的基于两电平h桥结构的超级补偿器，图中s11～s32表示开关器件，a11～a13表示三相电流，c1表示直流电容；图(4)所示的基于三电平二极管箝位h桥结构的超级补偿器，图中s11～s34表示开关器件，d11～d21表示二极管，c1、c2表示直流电容；以及图(5)所示的基于n电平二极管箝位h桥结构的超级补偿器，图中s11～s32n表示开关器件，d11～d12n-2表示二极管，c1…cn表示直流电容。
本发明提出的一种贯通式牵引供电系统可以灵活配置牵引变电所容量，无需级联大量电力电子变换器，降低系统控制难度、提高系统可靠性，降低变电所成本，可实现牵引网全线贯通，可彻底解决电能质量问题，实现列车-牵引网-牵引变电所-三相电网间能量友好互通。