一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置及其复线牵引供电系统的制作方法

1.本实用新型涉及电气化铁路牵引供电电路设计领域，特别涉及一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置及其复线牵引供电系统。


背景技术：

2.我国电气化铁路普遍采用单相工频交流制，为使电力系统三相负荷尽可能平衡，电气化铁路电路设计时，往往采用轮换相序、分相分区供电的方案。分相分区处的相邻供电区间的电路，采用空气或绝缘子分割，简称电分相或分相。
3.现阶段常用自动过分相方式可分为车载自动过分相和地面自动过分相两种。地面自动过分相又主要分为开关式地面自动过分相和柔性自动过分相，然而，不论是车载自动过分相,还是开关式地面自动过分相,其中的开关投切会产生暂态过程，易引起操作过电压、过电流及弓网带电流分断导致的拉弧问题，甚至损坏元器件、引发故障，威胁列车的安全、可靠运行。
4.对于柔性自动过分相技术，其电路设计成败的关键是列车进入接触网与中性段的过渡区进行机车功率的分配(下述第2阶段)，能否使机车离开过渡区时接触网的电流(功率)降为0，使用的技术手段是在过渡区，除了接触网，再增加一套交直交供电支路，利用交直交供电支路将电能从供电臂传输到中性区，保证列车过分相全过程不断电，并能抑制暂态问题。目前的研究基本分为7个阶段——第1阶段：控制中性线电压与供电臂a电压一致；第2阶段：控制交直交供电支路输出功率逐渐增加到机车所需功率，分离时受电弓与供电臂a无电流传输，避免弓网带电流分段引起的暂态问题；第3阶段：交直交供电支路为机车供电，中性线电压与供电臂a电压一致；第4阶段：交直交供电支路调节电压，使中性线电压向供电臂b切换；第5阶段：交直交供电支路为机车供电，中性线电压与供电臂b电压一致；第6阶段：机车从仅由交直交供电支路供电向仅由供电臂b供电进行切换，在弓网(此处的网指的是中性线)分离时不传输电流，避免带电流分段引起的暂态问题；第7阶段：交直交供电支路不输出功率，输出电压跟随供电臂b；其中，供电臂a、b位于电分相左右两侧。然而，现有技术对于第6阶段接触网合闸阶段的控制和调节过于繁琐，这增加了机车自动过分相的困难。
5.按照新增的交直交供电支路的电源来源、机车运行方向以及电气化铁路牵引网线路模型，可将既有的柔性自动过分相技术电路设计分为：(1)交直交供电支路的电源来自机车前方接触网情形。如中国专利zl201510557576.2以及文章《柔性过分相全并联at牵引网保护方案研究》中均有记载，其原理是接触网支路的电源来自u相、交直交供电支路的电源来自v相，在过渡区由来自v相(另一电源)的支路对机车功率进行分配。(2)交直交供电支路的电源来自机车后方接触网情形。如文献《investigation of closing surge in shinkansen power system and proposal of a novel power electronics application for changeover section》，其原理是接触网支路和交直交供电支路的电源均来自同一相，在过渡区由来自同一相的交直交供电支路对机车功率进行分配，然而接触网支路长度很
短，接近于将交直交供电支路旁路，使得交直交供电支路对机车功率进行分配难度加大，正如文中所述，在试验时受电弓在刚接入csps系统时有瞬时过电流，这一点在仿真时却没有看到，
6.此外，对于实际应用中可能导致电弧和机车损坏的剩余电流的限制尚不清楚，需要将来讨论和解决。
7.目前，对柔性自动过分相技术的研究多集中在单线电气化铁路，如清华大学发表的文章《电气化铁路无断电自动过分相方案研究》、《电气化铁路不断电过分相与电能质量补偿装置研究》，对复线电气化铁路的柔性自动过分相技术却鲜有研究，然而随着电气化铁路运输需求的快速增大，复线电气化铁路能够成倍地提高电气化铁路的运输能力，已成为我国电气化铁路的主要发展方向。现有的复线电气化铁路在单线电气化铁路的基础上进行扩展，一般在上行和下行分相处分别设置柔性过分相装置,运行方式单一，上行和下行过分相在电气上互不关联，分开单独运行，无法解决中性段故障情况下机车的过分相运行，这种结构一旦柔性过分相装置故障会造成相应线路的机车无法正常自动过分相，系统可靠性不高，若整套柔性过分相装置备用，又会增加成本。清华大学既单线电气化铁路不断电过分相之后，又发表了文章《复线牵引网不断电过分相与电能质量补偿装置研究》，其上下行α相变流器共用上行β相变流器，上下行机车在分相区仍然仅能行驶于各自所在的上行线路或者下行线路，并且这种t接的拓扑结构决定了其上下行柔性过分相装置的可靠性均受到上行β相变流器的限制，运行方式单一，不利于上下行电气化铁路的分别控制与运行。同时，现有柔性自动过分相装置中仍然采用了开关对机车进入或者离开分相区进行投切，影响系统工作寿命，威胁列车的安全、可靠运行。即，现有上、下行柔性过分相装置适用范围单一，运行方式固定，可靠性低，不便于扩展，投资成本大，不能满足接触网、柔性过分相装置处于不同工况、不同状态下的机车运行，仍存在开关投切引起的系统寿命问题。


技术实现要素：

8.(一)柔性自动过分相装置与复线牵引供电系统
9.本实用新型的第一个目的是提供一种组合式柔性自动过分相装置，既可以设置在牵引变电所，也可以设置在分区所，系统功能强大，运行方式灵活，便于交直变流器的组合和扩展，技术可靠，便于实施。用最少的交直变流器实现最大组合功能，实现对中性段机车供电、控制与切换，投资成本低。既能适用于复线电气化铁路，也能适用于单线电气化铁路，亦能使机车在接触网、柔性过分相装置处于不同工况、不同状态下均能不断电自动过分相，同时也具备负序治理功能以及两边牵引网功率通融的功能，所有工作模式及其转换均不用操作馈线开关，不影响系统工作寿命，可靠性高。能够有效解决现有技术中上、下行柔性过分相装置适用范围单一，运行方式固定，可靠性低，不便于扩展，投资成本大，不能满足多种工况下的机车运行，以及开关投切引起的系统寿命问题。
10.一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，包括直流母线db、交流母线bl、交流母线br、测控器mc、至少一个交直变流器ad1、至少一个交直变流器ad2、至少一个交直变流器ad3和至少一个交直变流器ad4，其中，
11.所述交直变流器ad1的交流端口一端与交流母线bl连接，另一端接地；交流母线bl设置有两个引出端子，两个引出端子分别作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置
的输入/输出端子a11和a12；
12.所述交直变流器ad2的交流端口一端作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a2用于与上行中性段n1连接，另一端接地；
13.所述交直变流器ad3的交流端口一端作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a3用于与下行中性段n2连接，另一端接地；
14.所述交直变流器ad4的交流端口一端与交流母线br连接，另一端接地；交流母线br设置有两个引出端子，两个引出端子分别作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a41和a42；
15.所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4的直流端口均与所述直流母线db连接，所述测控器mc的输入端连接检测设备的测量端，所述测控器mc的输出端连接交直变流器ad1、ad2、ad3、ad4的控制端。
16.优选地，所述交流母线bl的两个引出端子分别连接馈线f1和f2，所述馈线f1上串联有开关k1，馈线f2上串联有开关k2。
17.优选地，所述馈线f1和f2之间的交流母线bl上串联有开关kl。
18.优选地，所述交流母线br的两个引出端子分别连接馈线f3和f4，所述馈线f3上串联有开关k3，馈线f4上串联有开关k4。
19.优选地，所述馈线f3和f4之间的交流母线br上串联有开关kr。
20.优选地，所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3、交直变流器ad4均设置一个。
21.优选地，还包括一个备用交直变流器b，所述备用交直变流器b在测控器mc控制下可以作为所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3或交直变流器ad4的备用。
22.优选地，交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4结构相同、容量相等。
23.优选地，所述检测设备包括：
24.多个用于识别列车位置的列车位置识别器；
25.多个用于检测接触网电流的电流互感器；
26.多个用于检测交流母线电压的电压互感器；
27.所述列车位置识别器、电流互感器和电压互感器的测量端均与所述测控器mc的输入端连接。
28.优选地，所述直流母线db为高压直流母线或者低压直流母线。
29.优选地，交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4均设置电抗器或者匹配变压器。
30.优选地，所述柔性自动过分相装置设置于牵引变电所的电分相处或设置于分区所的电分相处。
31.优选地，所述交流母线bl和交流母线br为牵引变电所的两个牵引母线，或者分区所的两个母线。
32.优选地，所述交流母线bl和交流母线br分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述交流母线bl和交流母线br的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
；或者所述交流母线bl和交流母线br取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或
者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述交流母线bl和交流母线br的相角相差为0
°
。
33.一种复线牵引供电系统，包括所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a11、输入/输出端子a12、输入/输出端子a41和输入/输出端子a42分别与左侧上行接触网ocs11、左侧下行接触网ocs21、右侧上行接触网ocs12和右侧下行接触网ocs22连接。
34.优选地，所述检测设备包括：
35.串接于左侧上行接触网ocs11上且靠近馈线f1连接处的电流互感器ct1；
36.串接于左侧下行接触网ocs21上且靠近馈线f2连接处的电流互感器ct2；
37.串接于右侧上行接触网ocs12上且靠近馈线f3连接处的电流互感器ct3；
38.串接于右侧下行接触网ocs22上且靠近馈线f4连接处的电流互感器ct4；
39.并联于交流母线bl上的电压互感器pt1；
40.并联于交流母线br上的电压互感器pt2。
41.优选地，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路过渡到下行线路，下行机车能够由下行线路过渡到上行线路，进行“v”停反行。
42.本实用新型提出了左右两侧电源与n个交直变流器(至少一个交直变流器一ad1、至少一个交直变流器二ad2、至少一个交直变流器三ad3、至少一个交直变流器四ad4)共直流母线拓扑结构，上述拓扑结构为电气化铁路中性段提供了两路电源，一路来自左侧u相交流母线bl，另一路来自右侧v相交流母线br，u相、v相分别为电分相两侧的牵引网相别，与此同时，上述n个交直变流器的直流端口均连接于同一直流母线的拓扑结构，能够实现连接于交流母线的交直变流器(以下简称电源侧交直变流器)与连接于上、下行中性段的交直变流器(以下简称中性段交直变流器)组合，分别为上、下行中性段的机车供电，使得中性段交直变流器ad2能够与电源侧的交直变流器ad1、交直变流器ad4中的至少一个组合成交直交变流器向上行中性段n1供电，中性段交直变流器ad3能够与电源侧的交直变流器ad1、交直变流器ad4中的至少一个组合成交直交变流器向下行中性段n2供电，多种组合结构使得机车在过中性段时既可以由左侧u相供电，也可以由右侧v相供电，亦可以由左右两侧电源共同供电，运行方式灵活。
43.本实用新型左右两侧的电源侧交直变流器的电源来源直接取自交流母线，而非在左右两侧上行和下行供电臂分别设置交直变流器，使得左右两侧的电源侧交直变流器均能够对上行和下行中性段进行供电，也就是说，上行和下行中性段交直变流器能够共用左右两侧的电源侧交直变流器，这种左右电源侧共用-中性段分别供电的交直交组合形式采用最少的交直变流器实现最大组合功能，能够降低装置成本，克服了现有技术中在上行和下行供电臂分别设置交直变流器，投资成本大的缺陷。
44.本实用新型连接左侧u相电源的交直变流器ad1和连接右侧v相电源的交直变流器ad4互为备用，当某一路电源侧的交直变流器故障时，能够通过另一路电源侧的交直变流器给上、下行机车供电，从而不影响中性段机车的正常运行，提高系统的可靠性。
45.本实用新型上行中性段n1和下行中性段n2互为备用，当上、下行中性段其中之一故障时，能够在中性段通过接触网“v停反行”运行方式，借助另一中性段给机车供电，使机车能够安全不断电自动过分相，从而不影响机车的正常运行，提高系统的可靠性。
46.本实用新型通过同一直流母线连接左右电源侧交直变流器ad1、交直变流器ad4，
使得该拓扑结构同时也具备电能质量治理功能以及两边牵引网功率通融的功能。
47.本实用新型的柔性自动过分相装置既能适用于复线电气化铁路，也能适用于单线电气化铁路。
48.其中，所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3、交直变流器ad4均设置一个。采用最少的交直变流器实现最大组合功能，进一步降低系统运行成本。
49.其中，n个交直变流器还包括一个中性段备用的交直变流器。备用的交直变流器用于中性段交直变流器ad2或ad3故障时投入运行，保证机车不断电自动过分相，进一步提高系统的可靠性。
50.其中，n个交直变流器结构相同、容量相等，便于研制，便于备用，便于运维。
51.其中，所述测控器mc的输入端连接检测设备的测量端，所述测控器mc的输出端连接n个交直变流器的控制端。测控器mc主要用于接收检测设备的信号和数据，通过控制交直变流器的功率输出，实现电能从供电臂向中性段的转移以及两供电臂之间的能量转移，实现列车不断电自动过分相。在无列车通过中性段时，通过测控器控制左右两侧电源侧交直变流器的投切，实现两供电臂电能质量治理功能以及两边牵引网功率通融的功能。通过测控器实现设备的测量、投切、调节、控制，避免了现有柔性过分相技术中开关投切引起的系统寿命问题。
52.其中，所述检测设备包括列车位置识别器、电流互感器、电压互感器。其中，列车位置识别器包括多个列车位置传感器及相关供电线路，电压互感器包括电压互感器一pt1、电压互感器二pt2，电流互感器包括电流互感器一ct1、电流互感器二ct2、电流互感器三ct3、电流互感器四ct4。列车位置识别器主要实现列车区段位置识别，用于检测电气化铁路轨道指定位置上是否有列车到达、检测列车的行驶方向以及轨道检测区间是否占用，并将检测处理后的信号状态生成列车区段位置信号传输给测控器mc。电压互感器ptn用于检测交流母线电压，电流互感器ctn用于检测供电线路电流，供系统保护及测量控制之用，并将检测处理后的数据传输给测控器mc。
53.其中，电分相左侧接触网包括左侧上行接触网ocs11、左侧下行接触网ocs21，电分相右侧接触网包括右侧上行接触网ocs12、右侧下行接触网ocs22。
54.其中，左侧上行接触网ocs11、左侧下行接触网ocs21分别通过馈线f1、f2连接到左侧u相交流母线bl，右侧上行接触网ocs12、右侧下行接触网ocs22分别通过馈线f3、f4连接到右侧v相交流母线br，其中馈线f1、f2、f3、f4上分别设置开关k1、k2、k3、k4。通过馈线fn实现供电臂的取流，开关kn的投切决定是否接入相应供电臂，该结构能够控制系统处于单线运行或者复线运行，进一步增加运行方式的灵活性。
55.其中，所述电流互感器一ct1串接于通向上行中性段n1、靠近馈线f1连接处的接触网ocs11上；所述电流互感器二ct2串接于通向下行中性段n2、靠近馈线f2连接处的接触网ocs21上；所述电流互感器三ct3串接于通向上行中性段n1、靠近馈线f3连接处的接触网ocs12上；所述电流互感器四ct4串接于通向下行中性段n2、靠近馈线f4连接处的接触网ocs22上；所述电压互感器一pt1连接于左侧u相交流母线bl上，电压互感器二pt2连接于右侧v相交流母线br上。该结构通过设置交流母线，并将电压互感器设置在交流母线上，电压互感器ptn用于检测交流母线电压，减少了检测装置数量，克服了现有技术中依次在各个供电臂分别设置电压互感器，检测装置冗杂的缺陷，电流互感器ctn用于检测接触网上的电
流，电压互感器和电流互感器所测数据供测控器mc控制之用，以保证中性段电压不突变，机车离开接触网时的电流(功率)为0。
56.其中，所述左侧u相交流母线bl和右侧v相交流母线br为牵引变电所的两个母线，或者分区所的两个母线。本实用新型的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置既可以设置在牵引变电所，也可以设置在分区所，相应地，左右两侧交流母线可为牵引变电所的两个母线，或者分区所的两个母线，以分别解决牵引变电所处和分区所处机车不断电自动过分相的技术问题。
57.其中，所述u相、v相分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述u相、v相的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
；或者所述u相、v相取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述u相、v相的相角相差为0
°
。当左右两侧交流母线为牵引变电所的两个母线时，所述u相、v相分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述u相、v相的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
，以与牵引变电所两侧电压相匹配；当左右两侧交流母线为分区所的两个母线时，所述u相、v相取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述u相、v相的相角相差为0
°
，以与分区所两侧电压相匹配。
58.其中，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路绕行到下行线路，下行机车能够由下行线路绕行到上行线路，进行“v”停反行。该结构进一步地能够保证复线电气化铁路接触网故障状态下机车的顺利运行。
59.(二)复线正常过分相控制方法
60.本实用新型的第二个目的是提供一种复线电气化铁路机车柔性自动过分相的控制方法，在保证机车不断电自动过分相，避免过电压、过电流及弓网带电流分断导致的拉弧问题的前提下，对现有技术中复杂的接触网合闸过程进行改进，简化控制和调节过程，使机车安全、便捷地通过中性段。
61.一种基于所述复线牵引供电系统的复线电气化铁路柔性自动过分相的控制方法，所述控制方法包括上行机车自动过分相控制模式和下行机车自动过分相控制模式。
62.优选地，上行机车自动过分相控制模式下，所述控制方法包括：
63.获取上行机车位置信息一，判断上行机车是否即将驶入过渡区z11，如果是，控制交直变流器ad1和交直变流器ad4二者中的至少一个与交直变流器ad2联合工作，使得交直变流器ad2交流端口输出与左侧上行接触网ocs11相同的电压；
64.获取上行机车位置信息二，判断上行机车是否已经驶入过渡区z11，如果是，继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad2交流端口输出的功率逐步由0达到左侧上行接触网ocs11的机车功率；
65.获取上行机车位置信息三，判断上行机车是否正在驶离过渡区z11，如果是，当上行机车离开过渡区z11时，控制上行中性段n1从左侧上行接触网ocs11获得的电流为0；
66.驶离过渡区z11后，继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad2交流端口通过移相，逐步输出与右侧上行接触网ocs12相同的电压；
67.获取上行机车位置信息四，判断上行机车是否驶入过渡区z12，如果是，控制上述正在运行的交直变流器停机，上行机车由右侧上行接触网ocs12供电。
68.优选地，下行机车自动过分相控制模式下，所述控制方法包括：
69.获取下行机车位置信息一，判断下行机车是否即将驶入过渡区z22，如果是，控制交直变流器ad1和交直变流器ad4二者中的至少一个与交直变流器ad3联合工作，使得交直变流器ad3交流端口输出与右侧下行接触网ocs22相同的电压；
70.获取下行机车位置信息二，判断下行机车是否已经驶入过渡区z22，如果是，继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad3交流端口输出的功率逐步由0达到右侧下行接触网ocs22的机车功率；
71.获取下行机车位置信息三，判断下行机车是否正在驶离过渡区z22，如果是，当下行机车离开过渡区z22时，控制下行中性段n2从右侧下行接触网ocs22获得的电流为0；
72.驶离过渡区z22后，继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad3交流端口通过移相，逐步输出与左下行接触网ocs21相同的电压；
73.获取上行机车位置信息四，判断下行机车是否驶入过渡区z21，如果是，控制上述正在运行的交直变流器停机，下行机车由左侧下行接触网ocs21供电。
74.优选地，功率融通模式下，所述控制方法包括：
75.判断有无上行机车或下行机车即将过电分相，如果没有，控制交直变流器ad1和交直变流器ad4联合工作，对左侧上行接触网ocs11和右侧上行接触网ocs12进行功率融通控制，或对右侧下行接触网ocs22和左侧下行接触网ocs21进行功率融通控制。
76.优选地，所述测控器mc通过电压互感器pt1和电流互感器ct1、电流互感器ct2的输入数据分别计算左侧上行接触网ocs11机车功率、左侧下行接触网ocs21机车功率；所述测控器mc通过电压互感器pt2和电流互感器ct3、电流互感器ct4的输入数据分别计算右侧上行接触网ocs12机车功率、右侧下行接触网ocs22机车功率。
77.优选地，所述测控器mc通过列车位置识别器对列车位置、列车行驶方向、轨道检测区间占用状态进行检测。
78.其中，所述上行中性段n1和下行中性段n2正常运行，所述上行中性段n1包括靠近左侧上行接触网ocs11的过渡区z11、靠近右侧上行接触网ocs12的过渡区z12，所述下行中性段n2包括靠近左侧下行接触网ocs21的过渡区z21、靠近右侧下行接触网ocs22的过渡区z22，上行机车在过渡区z12由右侧上行接触网ocs12供电，下行机车在过渡区z21时由左侧下行接触网ocs21供电。
79.(三)复线“v停反行”过分相控制方法
80.本实用新型的第三个目的是提供一种复线电气化铁路机车“v停反行”的控制方法，它能有效地解决上行中性段n1故障或下行中性段n2故障时机车不断电自动过分相的控制问题，上行中性段n1和下行中性段n2互为备用，当上、下行中性段其中之一故障时，能够通过接触网“v停反行”运行方式，借助另一中性段给机车供电，使机车能够安全不断电自动过分相，从而不影响机车的正常运行，提高系统的可靠性。
81.一种基于所述复线牵引供电系统的复线电气化铁路机车“v停反行”控制方法，上行中性段n1故障或下行中性段n2故障时机车采用“v停反行”方式绕开故障区段进行运行，包括如下步骤：
82.(1)上行中性段n1故障时，机车在驶入上行中性段n1之前从左侧上行接触网ocs11
驶入左侧下行接触网ocs21，调节所述测控器mc，使机车正常驶入下行中性段n2，继续调节所述测控器mc，使机车驶出下行中性段n2，机车驶出下行中性段n2之后，从右侧下行接触网ocs22驶入右侧上行接触网ocs12，机车由右侧上行接触网ocs12供电。
83.(2)下行中性段n2故障时，机车在驶入下行中性段n2之前从右侧下行接触网ocs22驶入右侧上行接触网ocs12，调节所述测控器mc，使机车正常驶入上行中性段n1，继续调节所述测控器mc，使机车驶出上行中性段n1，机车驶出上行中性段n1之后，从左侧上行接触网ocs11驶入左侧下行接触网ocs21，机车由左侧下行接触网ocs21供电。
84.优选地，所述上行中性段n1包括靠近左侧上行接触网ocs11的过渡区z11、靠近右侧上行接触网ocs12的过渡区z12，所述下行中性段n2包括靠近左侧下行接触网ocs21的过渡区z21、靠近右侧下行接触网ocs22的过渡区z22，其中，机车在过渡区z11由接触网ocs11供电，机车在过渡区z22时由接触网ocs22供电。
85.优选地，步骤(1)中“调节所述测控器mc，使机车正常驶入下行中性段n2，继续调节所述测控器mc，使机车驶出下行中性段n2”的步骤包括：当机车由左侧即将驶入过渡区z21时，所述测控器mc控制交直变流器三ad3以及交直变流器一ad1、交直变流器四ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器三ad3交流端口输出与接触网ocs21相同的电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由左侧驶入过渡区z21时，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器三ad3交流端口输出的功率逐步由0达到接触网ocs21的机车功率，当机车离开过渡区z21时，使得接触网ocs21的电流为0；在机车驶入过渡区z22之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器三ad3交流端口通过移相，逐步输出与接触网ocs22相同的电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由左侧驶入过渡区z22时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由接触网ocs22供电。
86.优选地，步骤(2)中“调节所述测控器mc，使机车正常驶入上行中性段n1，继续调节所述测控器mc，使机车驶出上行中性段n1”的步骤包括：当机车由右侧即将驶入过渡区z12时，所述测控器mc控制交直变流器二ad2以及交直变流器一ad1、交直变流器四ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器二ad2交流端口输出与接触网ocs12相同的电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由右侧驶入过渡区z12时，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器二ad2交流端口输出的功率逐步由0达到接触网ocs12的机车功率，当机车离开过渡区z12时，使得接触网ocs12的电流为0；在机车驶入过渡区z11之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器二ad2交流端口通过移相，逐步输出与接触网ocs11相同的电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由右侧驶入过渡区z11时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由接触网ocs11供电。
87.优选地，通过故障检测装置监测所述上行中性段n1和下行中性段n2的状态，以判断其处于正常状态或者故障状态。
88.优选地，所述测控器mc通过电压互感器一pt1和电流互感器一ct1、电流互感器二ct2的输入数据分别计算接触网ocs11机车功率、接触网ocs21机车功率；所述测控器mc通过电压互感器二pt2和电流互感器三ct3、电流互感器四ct4的输入数据分别计算接触网ocs12机车功率、接触网ocs22机车功率。
89.优选地，所述测控器mc通过列车位置识别器对列车位置、列车行驶方向、轨道检测区间占用状态进行检测。
90.有益效果
91.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
92.一、本实用新型的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，既可以设置在牵引变电所，也可以设置在分区所，系统功能强大，运行方式灵活，便于交直变流器的组合和扩展，技术可靠，便于实施。用最少的交直变流器实现最大组合功能，实现中性段机车供电、控制与切换，投资成本低。既能适用于复线电气化铁路，也能适用于单线电气化铁路，亦能使机车在接触网、柔性过分相装置处于不同工况、不同状态下均能不断电自动过分相，同时也具备负序治理功能以及两边牵引网功率通融的功能，所有工作模式及其转换均不用操作馈线开关，不影响系统工作寿命，可靠性高。本实用新型的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，属于电气化铁路地面自动过分相领域，可用于电气化铁路列车地面不断电自动过分相、电气化铁路柔性供电、柔性过分相、虚拟同相供电等领域。
93.(1)提出左右两侧电源与n个交直变流器(至少一个交直变流器一ad1、至少一个交直变流器二ad2、至少一个交直变流器三ad3、至少一个交直变流器四ad4)共直流母线拓扑结构，便于交直变流器两两组合成交直交变流器实现中性段机车供电、控制与切换，便于扩展。通过同一直流母线连接左右电源侧交直变流器ad1、交直变流器ad4，使得该拓扑结构同时也具备电能质量治理功能以及两边牵引网功率通融的功能。
94.(2)左右电源侧共用-中性段分别供电的交直交组合形式，采用最少的交直变流器实现最大组合功能，能够降低装置成本，克服了现有技术中在上行和下行供电臂分别设置交直变流器，投资成本大的缺陷。
95.(3)连接左侧u相电源的交直变流器ad1和连接右侧v相电源的交直变流器ad4互为备用，当某一路电源侧的交直变流器故障时，能够通过另一路电源侧的交直变流器给上、下行机车供电，从而不影响中性段机车的正常运行，提高系统的可靠性。
96.(4)通过测控器实现设备的测量、投切、调节、控制，避免现有柔性过分相装置中开关投切引起的系统寿命问题。
97.二、本实用新型的复线电气化铁路机车柔性自动过分相的控制方法，在保证机车不断电自动过分相，避免过电压、过电流及弓网带电流分断导致的拉弧问题的前提下，对现有技术中复杂的接触网合闸过程进行改进，简化控制和调节过程，使机车安全、便捷地通过中性段。
98.三、本实用新型的复线电气化铁路机车“v停反行”的控制方法，它能有效地解决上行中性段n1故障或下行中性段n2故障时机车不断电自动过分相的控制问题，上行中性段n1和下行中性段n2互为备用，当上、下行中性段其中之一故障时，能够通过接触网“v停反行”运行方式，借助另一中性段给机车供电，使机车能够安全不断电自动过分相，从而不影响机车的正常运行，提高系统的可靠性。
附图说明
99.附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例
的限制。图1为本实用新型提供的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的结构示意图
100.图2为采用测控器对本实用新型进行控制的结构示意图
101.图3(a)为中性段正常工况下上行机车柔性自动过分相的结构示意图
102.图3(b)为中性段正常工况下下行机车柔性自动过分相的结构示意图
103.图4(a)为上行中性段故障，上行机车采用“v停反行”方式柔性自动过分相的结构示意图
104.图4(b)为上行中性段故障，下行机车采用“v停反行”方式柔性自动过分相的结构示意图
105.图5为本实用新型提供的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置端子图附图标记：u—左侧牵引网相别，v—右侧牵引网相别，bl—左侧交流母线，br—右侧交流母线，kl—左侧交流母线常闭开关，kr—右侧交流母线常闭开关，db—直流母线，ad1、ad2、ad3、ad4—交流变流器，n1、n2—上行中性段、下行中性段，ocs11—左侧上行接触网，ocs12—右侧上行接触网，ocs21—左侧下行接触网，ocs22—右侧下行接触网，z11—靠近左侧上行接触网的过渡区，z12—靠近右侧上行接触网的过渡区，z21—靠近左侧下行接触网的过渡区，z22—靠近右侧下行接触网的过渡区，ct1、ct2、ct3、ct4—电流互感器，pt1、pt2—电压互感器，f1、f2、f3、f4—馈线，k1、k2、k3、k4—开关。
具体实施方式
106.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
107.具体实施方式一
108.本实用新型的第一个目的是提供一种组合式单线/复线电气化铁路柔性自动过分相装置及其复线牵引供电系统，既可以设置在牵引变电所，也可以设置在分区所，系统功能强大，运行方式灵活，便于交直变流器的组合和扩展，技术可靠，便于实施。用最少的交直变流器实现最大组合功能，实现中性段机车供电、控制与切换，投资成本低。既能适用于复线电气化铁路，也能适用于单线电气化铁路，亦能使机车在接触网、柔性过分相装置处于不同工况、不同状态下均能不断电自动过分相，同时也具备负序治理功能以及两边牵引网功率通融的功能，所有工作模式及其转换均不用操作馈线开关，不影响系统工作寿命，可靠性高。能够有效解决现有技术中上、下行柔性过分相装置适用范围单一，运行方式固定，可靠性低，不便于扩展，不能满足多种工况下的机车运行，以及开关投切引起的系统寿命问题。
109.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，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的实施例，都属于本实用新型保护的范围。
110.如图1所示，本实用新型提供一种组合式复线电气化铁路柔性自动过分相装置的结构示意图，包括上行中性段n1、下行中性段n2、直流母线db，其特征在于，还包括至少一个交直变流器ad1、至少一个交直变流器ad2、至少一个交直变流器ad3和至少一个交直变流器
ad4，所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4的直流端口均连接于同一所述直流母线db上，其中，交直变流器ad1的交流端口一端子连接于左侧u相交流母线bl，另一端子接地；交直变流器ad2的交流端口一端子连接于上行中性段n1，另一端子接地；交直变流器ad3的交流端口一端子连接于下行中性段n2，另一端子接地；交直变流器ad4的交流端口一端子连接于右侧v相交流母线br，另一端子接地。
111.第一，图1展示了左右两侧电源与n个交直变流器(至少一个交直变流器一ad1、至少一个交直变流器二ad2、至少一个交直变流器三ad3、至少一个交直变流器四ad4)共直流母线拓扑结构，上述拓扑结构为电气化铁路中性段提供了两路电源，一路来自左侧u相交流母线bl，另一路来自右侧v相交流母线br，与此同时，上述n个交直变流器的直流端口均连接于同一直流母线的拓扑结构，能够实现连接于交流母线的交直变流器(以下简称电源侧交直变流器)与连接于上、下行中性段的交直变流器(以下简称中性段交直变流器)组合，分别为上、下行中性段的机车供电，使得中性段交直变流器ad2能够与电源侧的交直变流器ad1、交直变流器ad4中的至少一个组合成交直交变流器向上行中性段n1供电，中性段交直变流器ad3能够与电源侧的交直变流器ad1、交直变流器ad4中的至少一个组合成交直交变流器向下行中性段n2供电，多种组合结构使得机车在过中性段时既可以由左侧u相供电，也可以由右侧v相供电，亦可以由左右两侧电源共同供电，运行方式灵活。同时，本实用新型的柔性自动过分相装置既能适用于复线电气化铁路，也能适用于单线电气化铁路。
112.下面通过表1展示上行中性段n1和下行中性段n2是否有机车通过时，为中性段机车供电的电源和投入运行的交直变流器，由表1可以看出，当上行中性段n1有机车通过时，可以采用左侧u相交流母线供电与交直变流器ad1+ad2组合的形式对上行中性段n1的机车供电，也可以采用右侧v相交流母线供电与交直变流器ad4+ad2组合的形式对机车供电，亦可以采用左右两侧电源u相+v相交流母线共同供电与交直变流器ad1+ad4+ad2组合的形式对机车供电，同理，当下行中性段n2有机车通过时，以及当上、下行中性段n1和n2同时有机车通过时，可对照表格1采用相应的供电电源和投入运行相应的交直变流器。
113.表1为中性段机车供电的电源和交直变流器组合形式
[0114][0115]
第二，图1展示了左右电源侧交直变流器的电源来源直接取自交流母线，而非在左右两侧上行和下行供电臂分别设置交直变流器，使得左右电源侧交直变流器均能够对上行和下行中性段进行供电，也就是说，上行和下行中性段交直变流器能够共用左右两侧的电源侧交直变流器，这种左右电源侧共用-中性段分别供电的交直交组合形式采用最少的交直变流器实现最大组合功能，能够降低装置成本，克服了现有技术中在上行和下行供电臂分别设置交直变流器，投资成本大的缺陷。
[0116]
第三，图1展示了连接左侧u相电源的交直变流器ad1和连接右侧v相电源的交直变流器ad4还可以互为备用，当某一路电源侧的交直变流器故障时，能够通过另一路电源侧的交直变流器给上、下行机车供电，从而不影响中性段机车的正常运行，提高系统的可靠性。
[0117]
下面通过表2展示当某一路电源侧的交直变流器故障时，为中性段机车供电的电源和交直变流器，由表2可以看出，当右侧v相交直变流器ad4故障时，通过左侧u相交流母线bl和交直变流器ad1与中性段交直变流器组合，给上行和/或下行中性段的机车分别供电，具体地，当仅上行中性段n1有机车通过时，采用左侧u相交流母线bl供电与交直变流器ad1+ad2组合的形式对上行中性段n1的机车供电，当仅下行中性段n2有机车通过时，采用左侧u相交流母线bl供电与交直变流器ad1+ad3组合的形式对下行中性段n2的机车供电，当上行
中性段n1和下行中性段n2均有机车通过时，采用左侧u相交流母线bl供电与交直变流器ad1+ad2+ad3组合的形式对上行中性段n1和下行中性段n2的机车供电。同理，当左侧u相交直变流器ad1故障时，可对照表格2采用相应的供电电源和投入运行相应的交直变流器。
[0118]
表2当某一路电源侧交直变流器故障时，为中性段机车供电的电源和交直变流器组合形式
[0119][0120]
第四，图1展示了上行中性段n1和下行中性段n2还可以互为备用，当上、下行中性段其中之一故障时，能够在中性段通过接触网“v停反行”运行方式，借助另一中性段给机车供电，使机车能够安全不断电自动过分相，从而不影响机车的正常运行，提高系统的可靠性。
[0121]
下面通过表3展示当上、下行中性段其中之一故障时，为中性段机车供电的电源和交直变流器，由表3可以看出，当下行中性段n2故障时，上行机车和下行机车均由上行中性段n1供电，当上行机车或者下行机车驶入上行中性段n1时，可以采用左侧u相交流母线供电与交直变流器ad1+ad2组合的形式对该上行机车或者下行机车供电，也可以采用右侧v相交流母线供电与交直变流器ad4+ad2组合的形式对该上行机车或者下行机车供电，亦可以采用左右两侧电源u相+v相交流母线共同供电与交直变流器ad1+ad4+ad2组合的形式对该上行机车或者下行机车供电，同理，当上行中性段n1故障时，上行机车和下行机车均由下行中性段n2供电，可对照表格3采用相应的供电电源和投入运行相应的交直变流器。
[0122]
表3当上、下行中性段其中之一故障时，为中性段机车供电的电源和交直变流器组合形式
[0123][0124]
第五，通过同一直流母线db连接左右电源侧交直变流器ad1、交直变流器ad4，使得该拓扑结构同时也具备电能质量治理功能以及两边牵引网功率通融的功能。
[0125]
进一步地，所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3、交直变流器ad4均设置一个。采用最少的交直变流器实现最大组合功能，进一步降低系统运行成本。
[0126]
进一步地，n个交直变流器还包括一个中性段备用的交直变流器。备用的交直变流器用于中性段交直变流器ad2或ad3故障时投入运行，保证机车不断电自动过分相，进一步提高系统的可靠性。
[0127]
进一步地，所有交直变流器结构相同、容量相等，便于研制，便于备用，便于运维。
[0128]
如图2所示，本实用新型还包括测控器mc，所述测控器mc的输入端连接检测设备的测量端，所述测控器mc的输出端连接n个交直变流器的控制端。测控器mc主要用于接收检测设备的信号和数据，通过控制交直变流器的功率输出，实现电能从供电臂向中性段的转移以及两供电臂之间的能量转移，实现列车不断电自动过分相。在无列车通过中性段时，通过控制电源侧交直变流器的投切，实现两供电臂电能质量治理功能以及两边牵引网功率通融的功能。通过测控器实现设备的测量、投切、调节、控制，避免了现有柔性过分相技术中开关投切引起的系统寿命问题。
[0129]
进一步地，所述检测设备包括列车位置识别器、电流互感器、电压互感器。其中，列车位置识别器包括多个列车位置传感器及相关供电线路，电压互感器包括电压互感器一pt1、电压互感器二pt2，电流互感器包括电流互感器一ct1、电流互感器二ct2、电流互感器三ct3、电流互感器四ct4。列车位置识别器主要实现列车区段位置识别，用于检测电气化铁路轨道指定位置上是否有列车到达、检测列车的行驶方向以及轨道检测区间是否占用，并将检测处理后的信号状态生成列车区段位置信号传输给测控器mc。电压互感器ptn用于检测交流母线电压，电流互感器ctn用于检测供电线路电流，供系统保护及测量控制之用，并将检测处理后的数据传输给测控器mc。
[0130]
进一步地，左侧上行接触网ocs11、左侧下行接触网ocs21分别通过馈线f1、f2连接到左侧u相交流母线bl，右侧上行接触网ocs12、右侧下行接触网ocs22分别通过馈线f3、f4连接到右侧v相交流母线br，其中馈线f1、f2、f3、f4上分别设置开关k1、k2、k3、k4。通过馈线fn实现供电臂的取流，开关kn的投切决定是否接入相应供电臂，该结构能够控制系统处于单线运行或者复线运行，进一步增加运行方式的灵活性。
[0131]
进一步地，所述电流互感器一ct1串接于通向上行中性段n1、靠近馈线f1连接处的接触网ocs11上；所述电流互感器二ct2串接于通向下行中性段n2、靠近馈线f2连接处的接触网ocs21上；所述电流互感器三ct3串接于通向上行中性段n1、靠近馈线f3连接处的接触网ocs12上；所述电流互感器四ct4串接于通向下行中性段n2、靠近馈线f4连接处的接触网ocs22上；所述电压互感器一pt1连接于左侧u相交流母线bl上，电压互感器二pt2连接于右侧v相交流母线br上。该结构通过设置交流母线，并将电压互感器设置在交流母线上，电压互感器ptn用于检测交流母线电压，减少了检测装置数量，克服了现有技术中依次在各个供电臂分别设置电压互感器，检测装置冗杂的缺陷，电流互感器ctn用于检测接触网上的电流，电压互感器和电流互感器所测数据供测控器mc控制之用，以保证中性段电压不突变，机车离开接触网时的电流(功率)为0。
[0132]
进一步地，所述左侧u相交流母线bl和右侧v相交流母线br为牵引变电所的两个母线，或者分区所的两个母线。本实用新型的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置既可以设置在牵引变电所，也可以设置在分区所，相应地，左右两侧交流母线可为牵引变电所的两个母线，或者分区所的两个母线，以分别解决牵引变电所处和分区所处机车不断电自动过分相的技术问题。
[0133]
进一步地，所述u相、v相分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述u相、v相的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
；或者所述u相、v相取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述u相、v相的相角相差为0
°
。当左右两侧交流母线为牵引变电所的两个母线时，所述u相、v相分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述u相、v相的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
，以与牵引变电所两侧电压相匹配；当左右两侧交流母线为分区所的两个母线时，所述u相、v相取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述u相、v相的相角相差为0
°
，以与分区所两侧电压相匹配。
[0134]
进一步地，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路绕行到下行线路，下行机车能够由下行线路绕行到上行线路，进行“v”停反行。该结构进一步地能够保证复线电气化铁路接触网故障状态下机车的顺利运行。
[0135]
进一步地，所述直流母线db为高压直流母线或者低压直流母线。
[0136]
进一步地，所述n个交直变流器均设置电抗器或者匹配变压器。
[0137]
进一步地，所述n个交直变流器的交流侧分别设置匹配变压器；其中，所述交直变流器ad1的匹配变压器mt1的一侧绕组与交直变流器ad1的交流侧连接，另一侧绕组作为交直变流器ad1的交流端口，一端子与左侧u相交流母线bl连接，另一端子接地；所述交直变流器ad2的匹配变压器mt2的一侧绕组与交直变流器ad2的交流侧连接，另一侧绕组作为交直变流器一ad2的交流端口，一端子与上行中性段n1连接，另一端子接地；所述交直变流器ad3的匹配变压器mt3的一侧绕组与交直变流器ad3的交流侧连接，另一侧绕组作为交直变流器
一ad3的交流端口，一端子与下行中性段n2连接，另一端子接地；所述交直变流器ad4的匹配变压器mt4的一侧绕组与交直变流器ad4的交流端口连接，另一侧绕组作为交直变流器一ad4的交流端口，一端子与右侧v相交流母线br连接，另一端子接地。
[0138]
具体实施方式二
[0139]
本实用新型的第二个目的是提供一种复线电气化铁路机车柔性自动过分相的控制方法，在保证机车不断电自动过分相，避免过电压、过电流及弓网带电流分断导致的拉弧问题的前提下，对现有技术中复杂的接触网合闸过程进行改进，简化控制和调节过程，使机车安全、便捷地通过中性段。同时，该控制方法也同样具有前述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的有益效果。
[0140]
图3(a)为中性段正常工况下上行机车柔性自动过分相的结构示意图，图3(b)为中性段正常工况下下行机车柔性自动过分相的结构示意图。图中箭头朝向表示机车行进方向。下面结合附图和具体实施方式对该控制方法作进一步的描述。
[0141]
一种基于上述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的复线电气化铁路机车柔性自动过分相的控制方法，其中，所述上行中性段n1和下行中性段n2正常运行，所述上行中性段n1包括靠近左侧上行接触网ocs11的过渡区z11、靠近右侧上行接触网ocs12的过渡区z12，所述下行中性段n2包括靠近左侧下行接触网ocs21的过渡区z21、靠近右侧下行接触网ocs22的过渡区z22，机车在过渡区z12仅由右侧上行接触网ocs12供电，机车在过渡区z21时仅由左侧下行接触网ocs21供电，包括如下步骤：
[0142]
(1)当上行机车由左侧即将驶入过渡区z11时，所述测控器mc控制交直变流器ad2以及交直变流器ad1、交直变流器ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器ad2交流端口输出与左侧上行接触网ocs11相同的u相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当上行机车由左侧驶入过渡区z11时，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad2交流端口输出的功率逐步由0达到左侧上行接触网ocs11的机车功率，当机车离开过渡区z11时，使得左侧上行接触网ocs11的电流为0；在上行机车驶入过渡区z12之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad2交流端口通过移相，逐步输出与右侧上行接触网ocs12相同的v相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当上行机车由左侧驶入过渡区z12时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由右侧上行接触网ocs12供电。
[0143]
(2)当下行机车由右侧即将驶入过渡区z22时，所述测控器mc控制交直变流器ad3以及交直变流器ad1、交直变流器ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器ad3交流端口输出与右侧下行接触网ocs22相同的v相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当下行机车由右侧驶入过渡区z22时，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad3交流端口输出的功率逐步由0达到右侧下行接触网ocs22的机车功率，当机车离开过渡区z22时，使得右侧下行接触网ocs22的电流为0；在下行机车驶入过渡区z21之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad3交流端口通过移相，逐步输出与左侧下行接触网ocs21相同的u相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当下行机车由右侧驶入过渡区z21时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由左侧下行接触网ocs21供电。
[0144]
进一步地，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路绕行到下行线路，
下行机车能够由下行线路绕行到上行线路，进行“v”停反行。
[0145]
进一步地，通过故障检测装置监测所述上行中性段n1和下行中性段n2的状态，以判断其处于正常状态或者故障状态。
[0146]
进一步地，所述测控器mc通过电压互感器一pt1和电流互感器一ct1、电流互感器二ct2的输入数据分别计算左侧上行接触网ocs11机车功率、左侧下行接触网ocs21机车功率；所述测控器mc通过电压互感器二pt2和电流互感器三ct3、电流互感器四ct4的输入数据分别计算右侧上行接触网ocs12机车功率、右侧下行接触网ocs22机车功率。
[0147]
进一步地，所述测控器mc通过列车位置识别器对列车位置、列车行驶方向、轨道检测区间占用状态进行检测。
[0148]
具体实施方式三
[0149]
本实用新型的第三个目的是提供一种复线电气化铁路机车“v停反行”的控制方法，它能有效地解决上行中性段n1故障或下行中性段n2故障时机车不断电自动过分相的控制问题，上行中性段n1和下行中性段n2互为备用，当上、下行中性段其中之一故障时，能够通过接触网“v停反行”运行方式，借助另一中性段给机车供电，使机车能够安全不断电自动过分相，从而不影响机车的正常运行，提高系统的可靠性。
[0150]
图4(a)为上行中性段故障，上行机车采用“v停反行”方式柔性自动过分相的结构示意图，图4(b)为上行中性段故障，下行机车采用“v停反行”方式柔性自动过分相的结构示意图，图中箭头朝向表示机车行进方向。下面结合附图和具体实施方式对该“v停反行”控制方法作进一步的描述。
[0151]
一种基于上述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的复线电气化铁路机车“v停反行”的控制方法，其中，上行中性段n1故障或下行中性段n2故障时机车采用“v停反行”方式绕开故障区段进行运行，包括如下步骤：
[0152]
(1)上行中性段n1故障时，机车在驶入上行中性段n1之前从左侧上行接触网ocs11驶入左侧下行接触网ocs21，调节所述测控器mc，使机车正常驶入下行中性段n2，继续调节所述测控器mc，使机车驶出下行中性段n2，机车驶出下行中性段n2之后，从右侧下行接触网ocs22驶入右侧上行接触网ocs12，机车由右侧上行接触网ocs12供电。
[0153]
(2)下行中性段n2故障时，机车在驶入下行中性段n2之前从右侧下行接触网ocs22驶入右侧上行接触网ocs12，调节所述测控器mc，使机车正常驶入上行中性段n1，继续调节所述测控器mc，使机车驶出上行中性段n1，机车驶出上行中性段n1之后，从左侧上行接触网ocs11驶入左侧下行接触网ocs21，机车由左侧下行接触网ocs21供电。
[0154]
进一步地，所述上行中性段n1包括靠近左侧上行接触网ocs11的过渡区z11、靠近右侧上行接触网ocs12的过渡区z12，所述下行中性段n2包括靠近左侧下行接触网ocs21的过渡区z21、靠近右侧下行接触网ocs22的过渡区z22，其中，机车在过渡区z11仅由接触网ocs11供电，机车在过渡区z22时仅由接触网ocs22供电。
[0155]
进一步地，步骤(1)中“调节所述测控器mc，使机车正常驶入下行中性段n2，继续调节所述测控器mc，使机车驶出下行中性段n2”的步骤包括：当机车由左侧即将驶入过渡区z21时，所述测控器mc控制交直变流器ad3以及交直变流器ad1、交直变流器ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器ad3交流端口输出与左侧下行接触网ocs21相同的u相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由左侧驶入过渡区z21时，所述测控器mc继续控制上述
正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad3交流端口输出的功率逐步由0达到左侧下行接触网ocs21的机车功率，当机车离开过渡区z21时，使得左侧下行接触网ocs21的电流为0；在机车驶入过渡区z22之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad3交流端口通过移相，逐步输出与右侧下行接触网ocs22相同的v相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由左侧驶入过渡区z22时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由右侧下行接触网ocs22供电。
[0156]
进一步地，步骤(2)中“调节所述测控器mc，使机车正常驶入上行中性段n1，继续调节所述测控器mc，使机车驶出上行中性段n1”的步骤包括：当机车由右侧即将驶入过渡区z12时，所述测控器mc控制交直变流器ad2以及交直变流器ad1、交直变流器ad4二者中的至少一个工作，使得交直变流器ad2交流端口输出与右侧上行接触网ocs12相同的v相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由右侧驶入过渡区z12时，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，使得交直变流器ad2交流端口输出的功率逐步由0达到右侧上行接触网ocs12的机车功率，当机车离开过渡区z12时，使得右侧上行接触网ocs12的电流为0；在机车驶入过渡区z11之前，所述测控器mc继续控制上述正在运行的交直变流器工作，在保持输出功率不变的同时，使得交直变流器ad2交流端口通过移相，逐步输出与左侧上行接触网ocs11相同的u相电压，大小相同、频率相同、相角相同；当机车由右侧驶入过渡区z11时，所述测控器mc控制上述正在运行的交直变流器停机，机车由左侧上行接触网ocs11供电。
[0157]
进一步地，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路绕行到下行线路，下行机车能够由下行线路绕行到上行线路，进行“v”停反行。
[0158]
进一步地，通过故障检测装置监测所述上行中性段n1和下行中性段n2的状态，以判断其处于正常状态或者故障状态。
[0159]
进一步地，所述测控器mc通过电压互感器一pt1和电流互感器一ct1、电流互感器二ct2的输入数据分别计算左侧上行接触网ocs11机车功率、左侧下行接触网ocs21机车功率；所述测控器mc通过电压互感器二pt2和电流互感器三ct3、电流互感器四ct4的输入数据分别计算右侧上行接触网ocs12机车功率、右侧下行接触网ocs22机车功率。
[0160]
进一步地，所述测控器mc通过列车位置识别器对列车位置、列车行驶方向、轨道检测区间占用状态进行检测。
[0161]
以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，包括直流母线db、交流母线bl、交流母线br、测控器mc、至少一个交直变流器ad1、至少一个交直变流器ad2、至少一个交直变流器ad3和至少一个交直变流器ad4，其中，所述交直变流器ad1的交流端口一端与交流母线bl连接，另一端接地；交流母线bl设置有两个引出端子，两个引出端子分别作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a11和a12；所述交直变流器ad2的交流端口一端作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a2用于与上行中性段n1连接，另一端接地；所述交直变流器ad3的交流端口一端作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a3用于与下行中性段n2连接，另一端接地；所述交直变流器ad4的交流端口一端与交流母线br连接，另一端接地；交流母线br设置有两个引出端子，两个引出端子分别作为所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a41和a42；所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4的直流端口均与所述直流母线db连接，所述测控器mc的输入端连接检测设备的测量端，所述测控器mc的输出端连接交直变流器ad1、ad2、ad3、ad4的控制端。2.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述柔性自动过分相装置设置于牵引变电所的电分相处或设置于分区所的电分相处。3.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述交流母线bl和交流母线br为牵引变电所的两个牵引母线，或者分区所的两个母线。4.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述交流母线bl和交流母线br分别取自三相电网对应的a、b、c中的任意两相或者ab、bc、ca中的任意两相，其中，所述交流母线bl和交流母线br的相角相差为120
°
、60
°
或者90
°
；或者所述交流母线bl和交流母线br取自三相电网对应的a、b、c中的同一相或者ab、bc、ca中的同一相，其中，所述交流母线bl和交流母线br的相角相差为0
°
。5.根据权利要求1所述的组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3、交直变流器ad4均设置一个。6.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，还包括一个备用交直变流器b，所述备用交直变流器b在测控器mc控制下可以作为所述交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3或交直变流器ad4的备用。7.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4结构相同、容量相等。8.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述直流母线db为高压直流母线或者低压直流母线。9.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，交直变流器ad1、交直变流器ad2、交直变流器ad3和交直变流器ad4均设置电抗器或者匹配变压器。10.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述交流母线bl的两个引出端子分别连接馈线f1和f2，所述馈线f1上串联有开关k1，馈线
f2上串联有开关k2。11.根据权利要求10所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述馈线f1和f2之间的交流母线bl上串联有开关kl。12.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述交流母线br的两个引出端子分别连接馈线f3和f4，所述馈线f3上串联有开关k3，馈线f4上串联有开关k4。13.根据权利要求12所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述馈线f3和f4之间的交流母线br上串联有开关kr。14.根据权利要求1所述的一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，其特征在于，所述检测设备包括：多个用于识别列车位置的列车位置识别器；多个用于检测接触网电流的电流互感器；多个用于检测交流母线电压的电压互感器；所述列车位置识别器、电流互感器和电压互感器的测量端均与所述测控器mc的输入端连接。15.一种复线牵引供电系统，其特征在于，包括权利要求1—14任意一项所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置，所述组合式电气化铁路柔性自动过分相装置的输入/输出端子a11、输入/输出端子a12、输入/输出端子a41和输入/输出端子a42分别与左侧上行接触网ocs11、左侧下行接触网ocs21、右侧上行接触网ocs12和右侧下行接触网ocs22连接。16.根据权利要求15所述的一种复线牵引供电系统，其特征在于，所述检测设备包括：串接于左侧上行接触网ocs11上且靠近馈线f1连接处的电流互感器ct1；串接于左侧下行接触网ocs21上且靠近馈线f2连接处的电流互感器ct2；串接于右侧上行接触网ocs12上且靠近馈线f3连接处的电流互感器ct3；串接于右侧下行接触网ocs22上且靠近馈线f4连接处的电流互感器ct4；并联于交流母线bl上的电压互感器pt1；并联于交流母线br上的电压互感器pt2。17.根据权利要求15或16所述的一种复线牵引供电系统，其特征在于，复线电气化铁路设有渡线，上行机车能够由上行线路过渡到下行线路，下行机车能够由下行线路过渡到上行线路，进行“v”停反行。

技术总结
本实用新型公开了一种组合式电气化铁路柔性自动过分相装置及其复线牵引供电系统，包括直流母线DB、交流母线BL、交流母线BR、测控器MC、至少一个交直变流器AD1、至少一个交直变流器AD2、至少一个交直变流器AD3和至少一个交直变流器AD4，交直变流器AD1、AD2、AD3、AD4的直流端口均连接于直流母线DB上，交直变流器AD1、AD2、AD3、AD4的交流端口分别连接于交流母线BL、上行中性段N1、下行中性段N2、交流母线BR，该左右两侧电源与n个交直变流器共直流母线拓扑结构，便于交直变流器两两组合成交直交变流器实现中性段机车供电、控制与切换，便于扩展，左右电源侧共用-中性段分别供电的交直交组合形式，采用最少的交直变流器实现最大组合功能，能够降低装置成本。能够降低装置成本。能够降低装置成本。


技术研发人员：范红静 李子晗 冯治富 李宇航 杨智灵 吴波 李书谦
受保护的技术使用者：成都尚华电气有限公司
技术研发日：2022.12.31
技术公布日：2023/7/4