分区所无断电柔性电分相设备及其控制方法与流程

本发明涉及电气化铁路牵引供电系统技术领域，特别涉及一种分区所无断电柔性电分相设备及其控制方法。

背景技术：

我国电气化铁路主要采取单相工频交流供电的方式，电压等级有效值为27.5kv，而电力系统是三相交流供电的模式，因此，需要采用轮换相序供电的方式，可以使得三相负荷平衡，确保足够的容量供应，提高系统的利用率，同时可以从一定程度上抵消负序电流注入外部电网。为防止相与相之间的短路，相邻相之间必须要用空气或者绝缘部分隔离开，被称为接触网中性段电分相，平均每隔25km左右需要设置一处电分相。

在相关技术中，运行电力机车通过电分相所在区间的人工过分相或自动过分相装置需要一系列“断电-复电”的操作，将引起电力机车供电系统出现不同程度和不同类型的过电压和涌流等暂态过程，造成机车保护动作、变压器跳闸、辅机过流等故障，甚至影响到电气化铁路的安全运行。

柔性自动过分相装置是通过调节中性段的电压、电流幅值和相位，使得牵引受电弓平滑的从列车驶来方向的牵引供电臂平滑过渡到分相区的中性段，再从分相区中性段平滑过渡到列车驶去方向的牵引供电臂。柔性自动过分相装置可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区。相关发明专利中的柔性自动过分相装置大多采用计轴法确定机车位置，但是无法准确获取受电弓位置，不能保证电力列车在电分相区柔性过渡，且通过重合区时，负荷电流不能保障平滑地从牵引供电臂过渡到柔性自动过分相装置，导致电力列车受电弓与牵引供电臂带电分离，出现冲击过电流、拉弧现象，损坏设备，影响电气化铁路的安全运行。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种分区所无断电柔性电分相设备，该设备可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求，而无需采用地面位置传感器，无需对电压和电流信号进行锁相计算和相量计算，且当设备出现故障引起电分相拉弧时，无需供电臂断电即可有效灭弧。

本发明的另一个目的在于提出一种分区所无断电柔性电分相控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种分区所无断电柔性电分相设备，包括：隔离变压器tt和主断路器s；第一电压传感器pt0至第四电压传感器pt3，用于检测各点的电压瞬时值；共用直流侧电容器的两相背靠背式变流器blq，所述变流器blq包括整流侧变流器vsca和逆变侧变流器vscb，用于列车受电弓从第一供电臂驶来经过电分相，且从第二供电臂方向驶来通过电分相；变流器电流传感器ct0，用于检测所述变流器blq的逆变侧变流器vscb向中性段0输出的电流i0；受电弓位置及电流传感机构clt1和机构clt2，用于检测当前受电弓位置是否位于对应的ad区间，并检测受电弓位于所述区间时流经所述机构ct1或所述机构clt2的电流瞬时值i1或i2。

本发明实施例的分区所无断电柔性电分相设备，通过调节中性段的电压、电流幅值和相位，使得牵引受电弓平滑的从列车驶来方向的牵引供电臂平滑过渡到分相区的中性段，再从分相区中性段平滑过渡到列车驶去方向的牵引供电臂，解决柔性自动过分相装置存在的过渡区拉弧，受电弓位置检测不准确的不足，可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求，而无需采用地面位置传感器，无需对电压和电流信号进行锁相计算和相量计算，且当设备出现故障引起电分相拉弧时，无需供电臂断电即可有效灭弧。

另外，根据本发明上述实施例的分区所无断电柔性电分相设备还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述整流侧变流器vsca的端子z与所述主断路器s的下口s-l2相连，所述整流侧变流器vsca的端子w与铁轨上零电势点相连接；逆变侧变流器vscb，所述逆变侧变流器vscb的端子x与单相隔离变压器tt的副边绕组端子b2相连接，并且tt副边端口a2和b2与vscb端口x和y的连接关系可以互换，且所述逆变侧变流器vscb的端子y与所述铁轨上零电势点相连接。

可选地，当所述隔离变压器tt由1台所述隔离变压器构成，所述隔离变压器tt原边绕组端口a1和所述整流变流器blq端口x和z均可通过断路器s的上下端口接入第一供电臂或第二供电臂中的任一个。进一步地，在本发明的一个实施例中，第一电压传感器pt0用于检测所述中性段0对地电压瞬时值v0；第二电压传感器pt1用于检测所述第一供电臂对地电压瞬时值v1；第三电压传感器pt2用于检测第二供电臂对地电压瞬时值v2；第四电压传感器pt3用于检测所述逆变侧变流器vscb两端子之间的电压瞬时值vb。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述机构clt1设置于分区所电分相重合区md1外侧aa’区间处，且所述结构clt2设置于分区所电分相重合区md2外侧bb’区间处。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述机构clt1包括所述第一供电臂、第一电流传感器、第一穿心导线hl1和第二穿心导线hl2，且所述机构clt2包括所述第二供电臂、第二电流传感器、第三穿心导线hl3和第四穿心导线hl4。

其中，所述断路器s为三相断路器，以在设备检修时与电分相接触网线和所述中性段0分断隔离，并在所述设备或所述接触网线发生故障时将所述设备与所述接触网线分断隔离，其中，所述断路器s的3个上端口与供电臂连接，3个下端口与所述隔离变压器tt和变流器blq连接；中性段断路器机构bk，所述机构bk包括中性段01、中性段02与断路器qf。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，通过受电弓位置及电流传感机构clt1和机构clt2和所述变流器电流传感器ct0检测当前电流瞬时值，并检测当前电压瞬时值、当前电流瞬时值是否大于预设阈值，以确定所述受电弓位置，并根据所述受电弓位置控制电压控制模式和电流控制模式之间的切换。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述隔离变压器tt由1台或2台所述隔离变压器构成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：中性段断路器机构bk，所述机构bk包括中性段01、中性段02与断路器qf。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电压和电流缓变算法均为线性调制，其中，电压缓变过程中，中性段电压瞬时值线性变化；电流缓变过程中，变流器输出电流瞬时值线性变化。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种分区所无断电柔性电分相控制方法，采用如上述的分区所无断电柔性电分相设备，其中，所述方法包括：检测各点的电压瞬时值；控制列车受电弓从第一供电臂驶来经过电分相，且从第二供电臂方向驶来通过电分相；检测所述变流器blq的逆变侧变流器vscb向中性段0输出的电流i0；检测当前受电弓位置是否位于对应的ad区间，并检测受电弓位于所述区间时流经所述机构ct1或所述机构clt2的电流瞬时值i1或i2。

本发明实施例的分区所无断电柔性电分相控制方法，解决了柔性自动过分相中存在的过渡区拉弧，受电弓位置检测不准确的不足，可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求，而无需采用地面位置传感器，无需对电压和电流信号进行锁相计算和相量计算，且当设备出现故障引起电分相拉弧时，无需供电臂断电即可有效灭弧。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的分区所无断电柔性电分相设备结构示意图；

图2为根据本发明具体实施例一的分区所无断电柔性电分相设备结构示意图；

图3为根据本发明具体实施例二的分区所无断电柔性电分相设备结构示意图；

图4为根据本发明具体实施例三的分区所无断电柔性电分相设备结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的受电弓位置及电流传感机构clt1系统结构示意图；

图6为根据本发明一个实施例的受电弓位置及电流传感机构clt2系统结构示意图；

图7为根据本发明具体实施例三的中性段断路器机构bk结构示意图；

图8为根据本发明具体实施例一和二的分区所电分相结构俯视示意图；

图9为根据本发明具体实施例三的分区所电分相结构俯视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的分区所无断电柔性电分相设备及其控制方法。

图1是本发明一个实施例的分区所无断电柔性电分相设备结构示意图。

如图1所示，该分区所无断电柔性电分相设备包括：隔离变压器tt1(100)、主断路器s(200)、第一电压传感器pt0至第四电压传感器pt3(300)、共用直流侧电容器的两相背靠背式变流器blq(400)、变流器电流传感器ct0(500)、受电弓位置及电流传感机构clt1(600)和机构clt2(700)。

其中，第一电压传感器pt0至第四电压传感器pt3(300)用于检测各点的电压瞬时值。共用直流侧电容器的两相背靠背式变流器blq(400)包括整流侧变流器vsca和逆变侧变流器vscb，用于列车受电弓从第一供电臂驶来经过电分相，且从第二供电臂方向驶来通过电分相。变流器电流传感器ct0(500)，用于检测变流器blq的逆变侧变流器vscb向中性段0输出的电流i0。受电弓位置及电流传感机构clt1(600)和机构clt2(700)用于检测当前受电弓位置是否位于对应的ad区间，并检测受电弓位于区间时流经机构ct1或机构clt2的电流瞬时值i1或i2。分区所无断电柔性电分相设备10可以通过调节中性段的电压、电流幅值和相位，解决柔性自动过分相装置存在的过渡区拉弧，受电弓位置检测不准确的不足，进而保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求。

进一步地，在本发明的一个实施例中，整流侧变流器vsca的端子z与断路器s的下口s-l2相连，整流侧变流器vsca的端子w与铁轨上零电势点相连接。逆变侧变流器vscb，逆变侧变流器vscb的端子x与单相隔离变压器tt的副边绕组端子b2相连接，并且tt副边端口a2和b2与vscb端口x和y的连接关系可以互换，且逆变侧变流器vscb的端子y与铁轨上零电势点相连接。

可以理解的是，tt的副边端口a2和b2与vscb的端口x和y上下连接关系可以互换，隔离变压器tt的副边端口a2和b2可以接地或者通过断路器s的上下端口接入供电臂，vscb的端口x和y可以接地或者通过断路器s的上下端口接入供电臂。

可选地，若隔离变压器tt由1台隔离变压器构成，隔离变压器tt原边绕组端口a1和整流变流器blq端口x和z均可通过断路器s的上下端口接入第一供电臂或第二供电臂中的任一个。其中，第一电压传感器pt0用于检测中性段0对地电压瞬时值v0；第二电压传感器pt1用于检测第一供电臂对地电压瞬时值v1；第三电压传感器pt2用于检测第二供电臂对地电压瞬时值v2；第四电压传感器pt3用于检测逆变侧变流器vscb两端子之间的电压瞬时值vb。

进一步地，在本发明的一个实施例中，机构clt1(600)设置于分区所电分相重合区md1外侧aa’区间处，且结构clt2设置于分区所电分相重合区md2外侧bb’区间处。

进一步地，在本发明的一个实施例中，机构clt1(600)包括第一供电臂、第一电流传感器、第一穿心导线hl1和第二穿心导线hl2，且机构clt2包括第二供电臂、第二电流传感器、第三穿心导线hl3和第四穿心导线hl4。

其中，断路器s(200)为三相断路器，以在设备检修时与电分相接触网线和中性段0分断隔离，并在设备或接触网线发生故障时将设备与接触网线分断隔离，其中，断路器s的3个上端口与供电臂连接，3个下端口与所述隔离变压器tt和变流器blq连接；中性段断路器机构bk，所述机构bk包括中性段01、中性段02与断路器qf。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，通过受电弓位置及电流传感机构clt1和机构clt2和变流器电流传感器ct0检测当前电流瞬时值，并检测当前电压瞬时值、当前电流瞬时值是否大于预设阈值，以确定受电弓位置，并根据受电弓位置控制电压控制模式和电流控制模式之间的切换。

其中，隔离变压器tt可由1台隔离变压器构成，亦可由2台隔离变压器组合而成。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：中性段断路器机构bk，机构bk包括中性段01、中性段02与断路器qf。

进一步地，在本发明的一个实施例中，电压和电流缓变算法均为线性调制，其中，电压缓变过程中，中性段电压瞬时值线性变化；电流缓变过程中，变流器输出电流瞬时值线性变化。

在相关技术中提出的“牵引网电分相无断电柔性连接-补偿装置及其方法”通过调节中性段的电压幅值和频率，使得牵引受电弓电压相位从列车驶来方向的牵引供电臂平滑过渡到分相区的中性段，再从分相区中性段平滑过渡到列车驶去方向的牵引供电臂，可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，同时，在没有机车通过电分相的绝大部分运行时间，还可以对牵引变压器实现负序、无功和谐波的综合电能质量治理。还提出了“电力机车无断电过分相-电能质量综合补偿装置及其方法”通过两台单相隔离变压器与两相“背靠背”式变流器的组合，大幅节省了电力电子变流器的功率容量，在获得相同的机车通过电分相效果同时，将无断电过分相设备的工程造价显著降低。

相关技术中提出的无断电过分相方案，均采用一台单相多绕组变压器实现两相“背靠背”式变流器与变压器电压的合成，以降低变流器自身的功率容量。通过这种方式，两相“背靠背”式变流器的功率容量一定程度得以降低，但是由于变流器仍需承担两侧供电臂之间的电压差值，变流器包含的多个模块相互串、并联，要求单相多绕组变压器具备数量较多的副边绕组，且其中一个副边绕组承担较大比例功率容量，这使得单相多绕组变压器总容量大且绕制复杂，其制造难度和成本很高。相关技术还提出使用两台多绕组变压器与三端口“背靠背”式变流器达到同样目的，但缺点是复杂的多绕组变压器数量增加了一台，同时变流器增加的一个端口使其结构和控制复杂度均变高。

其次，在已公开的无断电自动过分相设备的文献中，作为必要组成部分的受电弓的位置检测元件，普遍采用安装在铁轨旁的计轴方式位置传感器，该类方式的主要问题在于计轴位置传感器并不总是与机车受电弓位置对应，尤其在是一车多弓的情况下，难以实现对受电弓位置的准确判断，更难以保证电力列车在电分相区柔性过渡。这是实现柔性无断电过分相设备需要核心解决的问题。

再次，在上述已公开的无断电自动过分相设备的文献中，判定机车受电弓进入与离开电分相重合区的信号通过检测计算电流与电压的相位信号以及其相位差等做判断条件，其问题在于现有锁相算法难以在锁相精度与锁相响应速度两方面同时达到满意程度，对设备的检测与控制要求难度较高。同时，在上述已公开的无断电自动过分相设备的文献中针对中性段电压的过渡算法，或未批露、或采用电压相量分析及计算方法，通过对电压相量的移频移相方法逐步实现中性段电压从一侧向另一侧供电臂电压的过渡。该方法应用于分区所电分相时，由于两侧供电臂相位差通常很小，基于完整周期定义的相量方法在控制上精度要求较高且灵活性较差。

当机车通过电分相之前或过程中，无断电通过电分相设备出现故障造成受电弓拉弧后，难以有效灭弧，至少需将一侧供电臂断电方可解决。本发明的分区所无断电柔性电分相设备克服了上述相关技术中的缺点，下面以具体实施例对本发明的分区所无断电柔性电分相设备进行详细说明。

如图2和图3所示，分区所电分相包括中性段0，中性段0与两侧供电臂的重合区md1和md2。在本发明的实施例中，包括：共用直流侧电容器的两相“背靠背”式变流器blq、单相隔离变压器tt、受电弓位置及电流传感机构clt1、clt2、变流器电流传感器ct0、电压传感器pt1、pt2、pt0、pt3和主断路器s。牵引供电臂1连接远方牵引变电所1，牵引供电臂2连接远方牵引变电所2。

其中，在本发明的具体实施例一中，两相“背靠背”式变流器blq两侧变流器(vsca和vscb)各有一对输出端子，整流侧变流器vsca的两端子为z和w，逆变侧变流器vscb的两端子分别为x和y，单相变压器tt的原边绕组两端子a1和b1，副边绕组两端子为a2和b2，其中a1与a2为同名端。主断路器s为三相断路器，上口3端子为s-u1、s-u2和s-u0，下口3端子为s-l1、s-l2和s-l0。

如图4所示，本发明的具体实施例三还包括中性段断路器机构bk，以及电分相中性段包括中性段01和中性段02两段。两相“背靠背”式变流器blq的逆变侧变流器vscb的端子x与单相变压器tt的副边绕组端子b2相连接，端子y与铁轨上零电势点(地)相连接。两相“背靠背”式变流器blq的整流侧变流器vsca端子z与主断路器s下口s-l2相连，上口端子s-u2与供电臂2或2’相连接，端子w与铁轨零电势点(地)相连接。单相变压器tt原边绕组端子a1与主断路器s下口端子s-l1相连，上口端子s-u1与供电臂1或1’相连接，单相变压器tt原边绕组端子b1与零电势点相连接，单相变压器tt副边绕组端子a2与主断路器s下口端子s-l0连接，上口端子s-u0经变流器电流传感器ct0接入中性段0，变流器电流传感器ct0用以测量blq逆变侧变流器vscb向中性段输出的电流i0。

如图2-图4所示，受电弓位置及电流传感机构clt1位于分区所电分相重合区md1外侧aa’区间处，clt1与md1之间为供电臂1’的ac区间，其长度不少于距离d，以保证列车受电弓以所允许的最快速度经过供电臂1’的时间td大于牵引供电系统分区所电分相的无断电柔性电分相设备(ufee)的启动响应时间tr。clt1用以检测当前受电弓位置是否位于供电臂1’的ad区间，并测量受电弓位于该区间时流经ct1的电流瞬时值i1。受电弓位置及电流传感机构clt2位于分区所电分相重合区md2外侧bb’区间处，clt2与md2之间为供电臂2’的区间bf，其长度应不少于距离d，以保证列车受电弓以所允许的最快速度经过供电臂2’的时间td大于ufee的启动响应时间tr。clt2用以检测当前受电弓位置是否位于供电臂2’的be区间，并测量受电弓位于该区间时流经clt2的电流瞬时值i2。电压传感器pt1用以测量供电臂1’对地电压瞬时值v1，电压传感器pt2用以测量供电臂2’对地电压瞬时值v2，电压传感器pt0用以测量中性段0对地电压瞬时值v0，电压传感器pt3用以测量变流器blq逆变侧变流器vscb两端子x、y之间的电压瞬时值vb。

如图5所示，clt1包括一段近乎平行的供电臂1和供电臂1’、电流传感器ct1、穿心导线hl1、hl2。其中，供电臂1包括承力索1、接触网线1及悬吊，供电臂1’包括承力索1’，接触网线1’及悬吊。牵引站1方向的接触网线1末端在a’点相对地面上翘一定角度θ(θ通常不大于20度)，来自md1的接触网线1’末端在a点相对地面上翘一定角度θ，接触网线1与接触网线1’沿供电臂方向在aa’区间重合。接触网线1通过悬吊与承力索1固定，接触网线1’通过悬吊与承力索1’固定，接触网线1与接触网线1’与地面水平高度相等，接触网线1与接触网线1’最大平行距离不超过受电弓的宽度。穿心导线hl1两端分别与接触网线1的e1点和接触网线1’的f1点相连接，穿心导线hl2两端分别与承力索1的g1点和承力索1’的h1点相连接，e1、f1、g1、h1沿供电臂方向均位于a与a’之间，穿心导线hl1和hl2均穿过电流传感器ct1。接触网线1与接触网线1’仅通过hl1电气连接，承力索1与承力索1’仅通过hl2电气连接，承力索1与承力索1’并不通过固定它们的悬臂等机构电气连接。

如图6所示，clt2包括一段近乎平行的供电臂2和供电臂2’、电流传感器ct2、穿心导线hl3、hl4。其中，供电臂2包括承力索2、接触网线2及悬吊，供电臂2’包括承力索2’，接触网线2’及悬吊。牵引站2方向的接触网线2末端在b’点相对地面上翘一定角度θ，来自md2的接触网线2’末端在b点相对地面上翘一定角度θ′，接触网线2与接触网线2’沿供电臂方向在bb’区间重合。接触网线2通过悬吊与承力索2固定，接触网线2’通过悬吊与承力索2’固定，接触网线2与接触网线2’与地面水平高度相等，接触网线2与接触网线2’最大平行距离不超过受电弓的宽度。穿心导线hl3两端分别与接触网线2的e2点和接触网线2’的f2点相连接，穿心导线hl4两端分别与承力索2的g2点和承力索2’的h2点相连接，e2、f2、g2、h2沿供电臂方向均位于b与b’之间，穿心导线hl3和hl4均穿过电流传感器ct2。接触网线2与接触网线2’仅通过hl3电气连接，承力索2与承力索2’仅通过hl4电气连接，承力索2与承力索2’并不通过固定它们的悬臂等机构电气连接。

进一步地，在本发明的实施例中，具体实施例二与具体实施例一不同之处在于：在具体实施例一中，单相隔离变压器tt原边端子a1经主断路器s-1连接接触网1’，原边端子b1接地。在具体实施例二中，变压器结构为两个单相变压器t1和t2串联组合，两变压器分别从供电臂1’、供电臂2’两侧取电，具体连接为变压器t1原边端子a1经主断路器s-1连接接触网线1’，原边端子b1接地，变压器t1副边端子a2与变压器副边端子c2相连接，副边端子b2与逆变侧变流器vscb的端口x相连接；变压器t2的原边端子d1经主断路器s-2与接触网2’相连接，原边端子c1接地，副边端子d2经主断路器s-0与中性段0相连接。本发明所述变压器tt原边可以从一侧供电臂取电，也可以从两侧供电臂同时取电。

具体的，单相变压器t1和t2原、副边变比为2:1。在当通过分区所电分相的列车最大视在功率为sl时，tt的额定功率容量为st：

sl＝ks·st，

其中，ks为变压器tt的过载率，通常ks∈[1,2]。

具体地，单相变压器t1、t2的容量都为tt的一半。

可选地，共用直流侧电容器的两相“背靠背”式变流器blq可以采用相关技术中的拓扑结构。

如图7所示，在本发明的具体实施例三中，bk包括一段近乎平行的中性段01和中性段02、断路器qf。其中，中性段01包括承力索01、接触网线01及悬吊，中性段02包括承力索02，接触网线02及悬吊。电分相重合区md1方向的接触网线01末端在m点相对地面上翘一定角度θ，电分相重合区md2方向的接触网线02末端在n点相对地面上翘一定角度θ。接触网线01与接触网线02沿中性段方向在mn区间重合，接触网线01通过悬吊与承力索01固定，接触网线02通过悬吊与承力索02固定，接触网线01与接触网线02与地面水平高度相等，接触网线01与接触网线02最大水平距离不超过受电弓的宽度。断路器qf两端分别连接接触网线01的p点与接触网线02的q点相连。接触网线01与接触网线02仅通过qf电气连接，承力索01与承力索02并不通过固定它们的悬臂等机构电气连接。

进一步地，在本发明的实施例中，主断路器s为三相断路器，用于设备检修时与电分相接触网线和中性段分断隔离，也用于当设备或接触网线发生故障时将设备与接触网线分断隔离，以保护设备及接触网线。

本发明分区所无断电柔性电分相设备，既可适用于列车受电弓从供电臂1驶来经过电分相，亦可适于从供电臂2方向驶来通过电分相。

如图8所示，以列车受电弓自牵引供电臂1向牵引供电臂2行驶过程为例来说明本发明分区所无断电柔性电分相设备控制方法。具体步骤如下：

1)列车受电弓自牵引变电所1驶来，尚未达到供电臂1的a点期间，ufee运行于待机状态，检测clt1和clt2电流信号；

2)当ufee检测到clt1电流信号的绝对值|i1|满足：

|i1|>ith1

(式中ith1为clt1位置检测阈值，通常选取不超过机车受电弓负荷额定电流有效值的1％)，表明列车受电弓运行至供电臂1的a点至md1区间，ufee立即由待机模式切换至blq逆变侧变流器vcsb的电压源控制模式，控制目标为使中性段电压v0与供电臂1’电压v1相等，即令中性段0的参考电压vref0应满足：

vref0＝v1

为实现上述目的，令上述模式下blq逆变侧变流器vscb两端子x、y之间的电压瞬时参考值vbr满足：

vbr＝v1-v0+vb

3)vcsb运行于电压源控制模式期间，当ufee检测到ct0的电流信号绝对值|i0|满足：

|i0|>ith0

(式中ith0为模式切换电流阈值，通常选取不超过机车受电弓负荷额定电流有效值的1％)，表明受电弓已到达c点而进入md1区间，记当前时刻为t0，并立即将vcsb由电压源模式切换至增量电流源模式，使得逆变侧变流器vscb向中性段输出的电流i0等于参考电流信号iref0。则自t0时刻起，参考电流iref0的计算方法如下：

在增量电流源模式，分别测量ctl1和ct0电流瞬时值i1和i0，求和可得到受电弓负荷电流瞬时值il，即有

il＝i1+i0

在受电弓通过电分相重合区md1的d点前，要保证受电弓负荷电流il由完全流经供电臂1’平稳过渡到完全流经中性段0。设受电弓通过重合区md1的最小时间为ts，且blq逆变侧输出电流i0自t0时刻起经过时间δtm从0增加到了il，则δtm应满足：

δtm<ts

则t时刻blq逆变侧变流器vscb输出参考电流iref0可表示为：

iref0＝ki1·il，(0≤ki1≤1)

其中，ki1＝(t-t0)/δtm，t∈[t0,t0+δtm]

当t>t0+δtm时，受电弓负荷电流il已从流经供电臂1’完全过渡到流经中性段0，blq逆变侧变流器参考电流满足：

iref0＝il

4)vcsb运行于增量电流源控制模式期间，当ufee检测到供电臂1’电压v1与中性段0的电压v0之间的电压差δv01的绝对值超过阈值vth时，即：

|δv01|>vth

(式中vth为模式切换电压阈值)，表明受电弓已通过d点，脱离了md1区间。记录当前时刻t1，并立即将vcsb由增量电流源模式切换至电压源模式，电压源模式控制目标是使中性段电压v0从与供电臂1’电压v1相等，直接线性过渡到与供电臂2’电压v2相等。

具体地，电压瞬时值线性过渡过程中，可以规定中性段电压v0从t1时刻开始变换，经过时间δt0达到与供电臂2’电压v2相等。

供电臂1与供电臂2两端电压瞬时值之差为：

δv＝v2-v1

则自t1时刻起，中性段0的参考电压vref0应满足：

vref0＝v1+kv·δv(0≤kv≤1)

为实现上述目的，令该模式下blq逆变侧变流器vscb两端子x、y之间的电压瞬时参考值vbr满足：

vbr＝vref0-v0+vb＝v1-v0+vb+kv·δv

其中，kv可表示为：

kv＝(t-t1)/δt0，t∈[t1,t1+δt0]

当t>t1+δt0时，中性段电压v0已与供电臂2’电压v2相等，blq逆变侧输出电压参考值维持为：

vref0＝v2

为实现上述目的，令上述模式下blq逆变侧变流器vscb两端子x、y之间的电压瞬时参考值vbr满足：

vbr＝v2-v0+vb

若受电弓通过中心段0的最小时间为t0，则δt0应满足：

δt0<t0

5)当检测到clt2电流信号的绝对值|i2|满足：

|i2|>ith2

(式中ith2为clt2位置检测阈值，通常选取不超过机车受电弓负荷额定电流有效值的1％)，表明受电弓位置由中性段0驶到e点，进入md2区间。记录为时刻t2，并立即将vcsb由电压源模式切换至减量电流源模式，使得逆变侧变流器vscb向中性段输出的电流i0等于参考电流信号iref0。

在减量电流源模式，分别测量ctl2和ct0电流瞬时值i2和i0，求和可得到受电弓负荷电流瞬时值il，即有：

il＝i2+i0

在受电弓通过电分相重合区md1的f点前，要保证受电弓负荷电流il由完全流经中性段0平稳过渡到完全流经供电臂2’。由于对称性，仍记受电弓通过重合区md2的最小时间为ts，且blq逆变侧输出电流i0自t2时刻起经过时间δtm从il减少到了0，同样δtm应满足：

δtm<ts

则自t2时刻blq逆变侧变流器vscb输出参考电流iref0可表示为：

iref0＝(1-ki2)*il，(0≤ki2≤1)

其中，ki2＝(t-t2)/δtm，t∈[t2,t2+δtm]

当t>t2+δtm时，受电弓负荷电流il已从流经中性段0完全过渡到流经供电臂2’，blq逆变侧变流器参考电流满足：

iref0＝0

6)当ufee检测到clt2电流连续k个周波(k≥1)小于阈值ith2，表明受电弓已驶过b’点，脱离clt2检测区域eb’，进入供电臂2区间而远离分区所电分相，ufee恢复待机模式。

其中，ufee待机状态时检测各传感器工作状态，blq整流侧变流器vsca正常工作，控制公共直流母线电压稳定，确保ufee受电弓位置及电流传感机构clt2、clt1检测到受电弓位置后ufee可以快速响应，逆变侧变流器vscb脉冲闭锁，减小设备损耗。

ufee电压源控制模式，ufee控制blq逆变侧变流器vscb输出电压vb跟踪参考电压vbr，使得vb与vbr近乎相等。ufee增量或减量电流源控制模式，ufee控制输出电流i0跟踪参考电流iref0，使得i0与iref0近乎相等。

进一步地，在本发明的具体实施例三中，断路器机构bk作用在于：由于ufee设备退出运行，机车受电弓带电硬闯中性段0时期间引起的拉电弧问题，或者ufes设备运行过程中，由于ufee控制出现故障引起的受电弓拉弧问题，或者牵引供电系统发生短路故障，使得受电弓通过电分相过程中出现拉弧问题，bk均立即分断qf，待电弧熄灭或故障清除后再重新闭合qf。

进一步地，在本发明的实施例中，可以通过流经clt1或clt2位置和电流信号持续时间判断重合区md1和md2是否存在电弧。当自clt1或clt2首次检测到机车受电弓位置电流信号，至clt1或clt2的位置电流信号消失所经过的时间δtf满足：

δtf>t0

则说明发生了拉弧，bk立即分断。

综上，如图9所示，接下来以本发明的具体实施例一为例来设计具体参数，其中，设列车最快速度为350km/h，重合区md1、md2为2m，中性段200m，可计算得列车受电弓通过重合区md1、md2的最小时间ts＝0.0206s，受电弓通过中性段0的最小时间t0＝2.06s。通过md1区间电流增量控制模式下，可选择blq逆变侧输出经过δtm＝0.02s从0增加到了il。通过md2电流减量控制模式下，可选择blq逆变侧输出经过δtm＝0.02s从il减小到0。中性段电压控制模式下，可选择δt0＝0.2s，即v0经过10个周波，即从v1过渡到v2。

电压、电流阈值选择既要保障测量灵敏度，又要防止各种扰动下误动作，需要根据电力机车负荷电流大小及扰动电流根据具体情况确定。本发明的具体实例选择clt1位置检测阈值ith1＝2a，模式切换电流阈值ith0＝2a，模式切换电压阈值vth＝100v，clt2位置检测阈值ith2＝2a。

本发明的特点及有益效果如下：

本发明实施例采用“背靠背”式变流器与变压器电压的合成的方式，以降低变流器自身的功率容量，通过这种方式，两相“背靠背”式变流器的功率容量一定程度得以降低。

本发明实施例利用受电弓位置及电流传感机构、电压传感器、电流传感器精确供电臂、中性段电压和电流瞬时值，通过阈值控制判断受电弓位置，从而实现控制模式的快速准确切换。相对于普遍采用安装在铁轨旁的计轴方式位置传感器，计轴位置传感器并不总是与机车受电弓位置对应，尤其在是一车多弓的情况下，难以实现对受电弓位置的准确判断，本发明实施例可以更准确检测受电弓位置，保证列车过分相控制快速准确。

受电弓在中性段时，本发明实施例在电压源控制模式下线性调制中性段电压，在一定工频周波内连续改变电分相中性段的电压幅值、相位，柔性实现中性段电压无断电的相位变化。受电弓在重合区时，本发明在电流源控制模式下电流线性调制，保证准确快速的实现blq输出电流线性增加或减小，柔性实现中性段、供电臂电流变化，保证电流不突变，避免设备拉弧。相对于现有过渡算法，线性调制控制方法简单精确，响应速度快。

综上，根据本发明实施例提出的分区所无断电柔性电分相设备，通过调节中性段的电压、电流幅值和相位，使得牵引受电弓平滑的从列车驶来方向的牵引供电臂平滑过渡到分相区的中性段，再从分相区中性段平滑过渡到列车驶去方向的牵引供电臂，解决柔性自动过分相装置存在的过渡区拉弧，受电弓位置检测不准确的不足，可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求，而无需采用地面位置传感器，无需对电压和电流信号进行锁相计算和相量计算，且当设备出现故障引起电分相拉弧时，无需供电臂断电即可有效灭弧。

本发明另一方面实施例提出了一种分区所无断电柔性电分相控制方法，采用如上述的分区所无断电柔性电分相设备，其中，方法包括：检测各点的电压瞬时值；控制列车受电弓从第一供电臂驶来经过电分相，且从第二供电臂方向驶来通过电分相；检测变流器blq的逆变侧变流器vscb向中性段0输出的电流i0；检测当前受电弓位置是否位于对应的ad区间，并检测受电弓位于区间时流经机构ct1或机构clt2的电流瞬时值i1或i2。

根据本发明实施例的分区所无断电柔性电分相控制方法，解决了柔性自动过分相中存在的过渡区拉弧，受电弓位置检测不准确的不足，可以保证电力列车平稳、无断电驶过分相区，全面适应高速、重载列车对牵引供电系统的要求，而无需采用地面位置传感器，无需对电压和电流信号进行锁相计算和相量计算，且当设备出现故障引起电分相拉弧时，无需供电臂断电即可有效灭弧。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。