1.本发明属于牵引供电技术领域，具体涉及一种柔性牵引供电系统及保护方法。

　　2.目前，世界上对于电气化铁路牵引供电系统基本上都是采取的三相-两相供电模式，变电所经牵引变压器从三相电网取电降压后分两供电臂输出，从而为牵引网供电，由于供电臂电压相位、幅值和频率难以完全一致，因此各供电臂间需设置电分相，但这种牵引供电系统存在电能质量较低、供电能力较差的问题。

　　3.因此，如何减少乃至取消传统铁路牵引供电系统中的电分相装置并解决其存在的电能质量较低和供电能力较差的问题，同时如何提高柔性牵引供电系统供电可靠性并为其提供合适的综合保护方法，是本领域技术人员有待解决的技术问题。

　　4.本发明的目的是为了减少乃至取消传统铁路牵引供电系统中的电分相装置，并提高电能质量和供电能力，提出了一种柔性牵引供电系统及保护方法。

　　5.本发明的技术方案为：一种柔性牵引供电系统，其特征在于，所述系统包括：

　　6.第一柔性牵引变压器，所述第一柔性牵引变压器包括依次连接的断路器qf6、第一节能型牵引变压器、断路器qf8、第一匹配变压器、第一三相-单相变流器和断路器qf10，其中，所述第一节能型牵引变压器的原边三相通过所述断路器qf6与三相电网连接，所述第一节能型牵引变压器的副边三相通过断路器qf8与第一匹配变压器的原边三相连接，所述第一匹配变压器的副边与所述第一三相-单相变流器的输入端连接，所述第一三相-单相变流器的输出端通过所述断路器qf10与母线.第一既有牵引变压器，所述第一既有牵引变压器的输入端通过断路器qf1与三相电网连接，所述第一既有牵引变压器的第一输出端通过断路器qf2与母线a连接，所述第一既有牵引变压器的第二输出端通过断路器qf3与母线.第二柔性牵引变压器，所述第二柔性牵引变压器包括依次连接的断路器qf6

　　与第二匹配变压器的原边三相连接，所述第二匹配变压器的副边与所述第二三相-单相变流器的输入端连接，所述第二三相-单相变流器的输出端通过所述断路器qf10

　　与母线.第二既有牵引变压器，所述第二既有牵引变压器的输入端通过断路器qf1

　　与母线.其中，所述第一既有牵引变压器、第一柔性牵引变压器、第二柔性牵引变压器、第二既有牵引变压器为依次排列连接在母线.所述系统还包括有断路器qf4、断路器qf5、断路器qf5

　　，所述断路器qf4和断路器qf5分别位于电分相a的两侧，所述断路器qf5和断路器qf5

　　分别位于电分相c的两侧，其中，所述电分相a、电分相c分别为柔性牵引变电所1与柔性牵引变电所2所内电分相，所述电分相b为柔性牵引变电所1与柔性牵引变电所2所间电分相，所述电分相a并联断路器qf11，电分相b处并联断路器qf12。

　　12.进一步地，所述第一节能型牵引变压器还通过断路器qf7与母线a、母线b连接，所述第二节能型牵引变压器还通过qf7

　　、母线.本发明还提出一种柔性牵引供电系统的保护方法，应用于上述的柔性牵引供电系统中，所述方法包括以下步骤：

　　14.s1、实时监测系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信号，所述工作状态包括跳闸和闭合，所述系统各处电气量包括各断路器处的电压电流量，所述保护动作信号包括保护动作和保护不动作；

　　15.s2、基于系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信号，确定出故障设备；

　　17.进一步地，所述步骤s2中基于系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信号，确定出故障设备，具体包括为：

　　19.若所述系统有保护动作，断路器qf10与断路器qf8，或断路器qf6与断路器qf8跳闸，且断路器qf10

　　、断路器qf5、断路器qf6、断路器qf8和断路器qf10均闭合时，则为第二柔性牵引变压器故障；

　　21.若所述系统有保护动作，所述断路器qf10与断路器qf5跳闸，且所述断路器qf5

　　、断路器qf8和断路器qf6均闭合时，则为第一柔性牵引变压器处母线.若所述系统有保护动作，所述断路器qf10

　　跳闸，且所述断路器qf5、断路器qf10、断路器qf6、断路器qf8、断路器qf8

　　均闭合时，则为第二柔性牵引变压器处母线.若所述系统有保护动作，所述断路器qf10、断路器qf8、断路器qf10

　　24.若所述系统有保护动作，所述断路器qf10与断路器qf5跳闸且断路器qf5

　　闭合，同时，断路器qf10与断路器qf8跳闸，或断路器qf6与断路器qf8跳闸时，则为第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线.若所述系统有保护动作，所述断路器qf10、断路器qf5、断路器qf5

　　处电气量达到设定的保护动作值且满足故障方向条件，同时断路器qf10、断路器qf10

　　29.若所述故障为系统并网失败，则将断路器qf12断开，使第一柔性牵引变压器为电分相a与电分相b之间及电分相a左侧供电臂供电，使第二柔性牵引变压器为电分相b右侧供电臂供电；

　　30.若所述故障为第一柔性牵引变压器故障，则将断路器qf1和断路器qf2闭合；

　　32.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障，则控制所述第二柔性牵引变压器为系统贯通供电区段进行供电；

　　33.若所述故障为第二柔性牵引变压器处母线故障，则控制所述第一柔性牵引变压器为系统贯通供电区段进行供电；

　　34.若所述故障为第一柔性牵引变压器和第二柔性牵引变压器均故障，则将断路器qf11和断路器qf12均断开，以使系统退回到既有牵引供电状态；

　　35.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器故障，则将断路器qf2

　　36.若所述故障为第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线闭合，将断路器qf11断开，以使第一既有牵引变压器为牵引网进行供电；

　　37.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器处母线故障，则将所述系统停止运行；

　　38.若所述故障为接触网故障，则根据接触网故障位置控制对应的断路器进行闭合或断开。

　　39.进一步地，所述若所述故障为接触网故障，则根据接触网故障位置控制对应的断路器进行闭合或断开，具体如下：

　　42.若所述接触网故障位于电分相a和电分相b之间，则将断路器qf11、断路器qf12和断路器qf5断开，将断路器qf1、断路器qf3和断路器qf4闭合，以使电分相a左侧由第一既有牵引变压器进行供电，电分相b和电分相c之间由第二柔性牵引变压器进行供电；

　　43.若所述接触网故障位于电分相b和电分相c之间，则将断路器qf12和断路器qf5

　　45.(1)本发明提出的一种柔性牵引供电系统，包括第一柔性牵引变压器、第一既有牵引变压器、第二柔性牵引变压器和第二既有牵引变压器，其中，所述第一既有牵引变压器、第一柔性牵引变压器、第二柔性牵引变压器、第二既有牵引变压器为依次排列并通过对应的断路器连接在母线上，所述系统还包括有断路器qf4、断路器qf5、断路器qf5

　　、断路器qf11和断路器qf12，所述断路器qf4和断路器qf5分别位于电分相a的两侧，所述断路器qf5和断路器qf5

　　分别位于电分相c的两侧，所述断路器qf11、断路器qf12分别并联在电分相a与电分相b两端，可取消贯通供电区段内的所内所间电分相，实现电分相两侧供电臂贯通供电，解决既有牵引供电系统中存在的无功、负序和谐波等电能质量问题，以及提高供电能力。

　　46.(2)本发明提出的一种柔性牵引供电系统的保护方法，可实现柔性牵引供电系统在单个或多个柔性牵引变电所多种故障的情况下的自愈重构，保证系统在多种故障状态下对故障隔离和切除后的稳定供电，提高了柔性牵引供电系统供电可靠性，避免因柔性牵引供电系统中的电力电子器件故障率较高，从而导致柔性牵引供电系统故障无法可靠供电的技术问题。

　　48.图2所示为本发明实施例提供的一种柔性牵引供电系统保护方法的流程示意图；

　　50.图4所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器故障的运行状态示意图；

　　51.图5所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器处母线故障时为例的运行状态示意图；

　　52.图6所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器和第二柔性牵引变压器均故障时运行状态示意图；

　　53.图7所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器故障时系统运行示意图；

　　54.图8所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线故障时系统运行示意图；

　　55.图9所示为本发明实施例中第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器处母线所示为本发明实施例中柔性牵引供电系统接触网ab段故障时为例的系统运行状态示意图；

　　58.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于

　　本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。

　　59.本技术提出了一种柔性牵引供电系统，如图1所示为本技术实施例提出的一种柔性牵引供电系统的结构示意图，包括：

　　60.第一柔性牵引变压器，所述第一柔性牵引变压器包括依次连接的断路器qf6、第一节能型牵引变压器、断路器qf8、第一匹配变压器、第一三相-单相变流器和断路器qf10，其中，所述第一节能型牵引变压器的原边三相通过所述断路器qf6与三相电网连接，所述第一节能型牵引变压器的副边三相通过断路器qf8与第一匹配变压器的原边三相连接，所述第一匹配变压器的副边与所述第一三相-单相变流器的输入端连接，所述第一三相-单相变流器的输出端通过所述断路器qf10与母线.第一既有牵引变压器，所述第一既有牵引变压器的输入端通过断路器qf1与三相电网连接，所述第一既有牵引变压器的第一输出端通过断路器qf2与母线a连接，所述第一既有牵引变压器的第二输出端通过断路器qf3与母线.第二柔性牵引变压器，所述第二柔性牵引变压器包括依次连接的断路器qf6

　　与第二匹配变压器的原边三相连接，所述第二匹配变压器的副边与所述第二三相-单相变流器的输入端连接，所述第二三相-单相变流器的输出端通过所述断路器qf10

　　与母线.第二既有牵引变压器，所述第二既有牵引变压器的输入端通过断路器qf1

　　与母线.其中，所述第一既有牵引变压器、第一柔性牵引变压器、第二柔性牵引变压器、第二既有牵引变压器为依次排列连接在母线.所述系统还包括有断路器qf4、断路器qf5、断路器qf5

　　，所述断路器qf4和断路器qf5分别位于电分相a的两侧，所述断路器qf5和断路器qf5

　　分别位于电分相c的两侧，其中，所述电分相a、电分相c分别为柔性牵引变电所1与柔性牵引变电所2所内电分相，所述电分相b为柔性牵引变电所1与柔性牵引变电所2所间电分相，所述电分相a并联断路器qf11，电分相b处并联断路器qf12。

　　66.在本技术实施例中，所述第一节能型牵引变压器还通过断路器qf7与母线a、母线b连接，所述第二节能型牵引变压器还通过qf7

　　、母线.其中，第一柔性牵引变压器及其所在处的母线、第一既有牵引变压器及其所在处的母线，第二柔性牵引变压器及其所在处的母线、第二既有牵引变压器及其所在处的母线

　　组成为柔性牵引变电所2，本系统中所述的第二既有牵引变压器在系统正常工作的时候qf3

　　68.本技术还提出一种柔性牵引系统的保护方法，如图2所示，其应用于如上述的柔性牵引供电系统中，所述方法包括以下步骤：

　　69.步骤s1、实时监测系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信

　　号，所述工作状态包括跳闸和闭合，所述系统各处电气量包括各断路器处的电压电流量，所述保护动作信号包括保护动作和保护不动作。

　　70.具体的，在柔性牵引变电所1所内及柔性牵引变电所1与柔性牵引变电所2所间电分相两端并联断路器，且在馈线断路器及电分相断路器处设置相应的电压电流互感器、光缆通信通道及功率方向元件，监测牵引网电分相处电气量信息，经通信通道可实现电气量信息的相互交流，实现变电所所内、所间断路器的联跳，从而实现系统工作状态切换。

　　71.如图1所示为柔性牵引供电系统结构示意图，以图中柔性牵引变电所1为例，在节能型牵引变压器故障时保护动作于qf6、qf8跳闸；在匹配变压器故障或三相-单相变流器系统故障时保护动作于qf8、qf10跳闸；在柔性牵引变电所母线故障时，保护动作于qf10、qf5跳闸；在牵引网故障时保护动作于qf5、qf11、qf12跳闸。

　　72.通过柔性牵引供电系统各处保护动作信息及断路器动作跳闸情况，可以判定系统设备运行情况，为系统运行状态提供依据，从而保证系统的安全稳定供电。

　　73.如图3所示，为柔性牵引供电系统正常运行状态示意图，检测系统各处电气量及保护动作状态，在系统正常工作时，变电所断路器qf6、断路器qf8、断路器qf10、断路器qf5、断路器qf11、断路器qf12、断路器qf6

　　74.步骤s2、基于系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信号，确定出故障设备。

　　75.在本技术实施例中，所述步骤s2中基于系统环流、系统各处电气量、各断路器的工作状态及保护动作信号，确定出故障设备，具体包括为：

　　77.(2)若所述系统有保护动作，断路器qf10与断路器qf8，或断路器qf6与断路器qf8跳闸，且断路器qf10

　　、断路器qf5、断路器qf6、断路器qf8和断路器qf10均闭合时，则为第二柔性牵引变压器故障；

　　79.(4)若所述系统有保护动作，所述断路器qf10与断路器qf5跳闸，且所述断路器qf5

　　、断路器qf8和断路器qf6均闭合时，则为第一柔性牵引变压器处母线)若所述系统有保护动作，所述断路器qf10

　　跳闸，且所述断路器qf5、断路器qf10、断路器qf6、断路器qf8、断路器qf8

　　均闭合时，则为第二柔性牵引变压器处母线)若所述系统有保护动作，所述断路器qf10、断路器qf8、断路器qf10

　　82.(7)若所述系统有保护动作，所述断路器qf10与断路器qf5跳闸且断路器qf5

　　闭合，同时，断路器qf10与断路器qf8跳闸，或断路器qf6与断路器qf8跳闸时，则为第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线)若所述系统有保护动作，所述断路器qf10、断路器qf5、断路器qf5

　　处电气量达到设定的保护动作值且满足故障方向条件，同时断路器qf10、断路器qf10

　　88.若所述故障为系统并网失败，则将断路器qf12断开，使第一柔性牵引变压器为电分相a与电分相b之间及电分相a左侧供电臂供电，使第二柔性牵引变压器为电分相b右侧供电臂供电；

　　89.具体的，在系统正常工作之前或工作时，还需要监测系统环流是否超过预设限值，若是，则说明两个柔性牵引变压器并网失败，系统进入解网工作状态，若所述故障为系统并网失败，则将断路器qf12断开，使第一柔性牵引变压器为电分相a与电分相b之间及电分相a左侧供电臂供电，使第二牵引变压器为电分相b右侧供电臂供电，也即断路器qf12断开，b处电分相重新投入运行，各供电臂由相应的柔性牵引变压器分别供电。其中，电分相b左侧供电臂由柔性牵引变电所1柔性牵引变压器供电，bc供电臂由柔性牵引变电所2柔性牵引变压器供电，如图11所示为柔性牵引供电系统解网运行状态示意图。

　　90.若所述故障为第一柔性牵引变压器故障，则将断路器qf1和断路器qf2闭合；

　　92.具体的，如图4所示为第一柔性牵引变压器故障的运行状态示意图，实现在单个柔性牵引变压器故障情况下系统的重构运行(柔性牵引变电所2中柔性牵引变压器故障时同理)，保证机车正常运行。

　　93.在系统保护动作，断路器qf10与断路器qf8或断路器qf6与断路器qf8跳闸且断路器qf10

　　、断路器qf5、断路器qf8闭合时，判断仅为柔性牵引变电所1中柔性牵引变压器故障，也即第一柔性牵引变压器，柔性牵引变电所1断路器qf1、断路器qf2闭合，柔性牵引变电所2柔性牵引变压器也即第二柔性牵引变压器与柔性牵引变电所1既有牵引变压器也即第二既有牵引变压器一个供电臂并网共同向牵引网供电，实现在单个柔性牵引变压器故障时柔性牵引供电系统重构后的正常运行；在系统保护动作，断路器qf10

　　、断路器qf5、断路器qf6、断路器qf8、断路器qf10闭合时，柔性牵引变电所2柔性牵引变压器故障，柔性牵引变电所2断路器qf2

　　压器并网共同向牵引网供电，实现在单个柔性牵引变压器故障时柔性牵引供电系统重构后的正常运行。

　　94.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障，则控制所述第二柔性牵引变压器为系统贯通供电区段进行供电；

　　95.若所述故障为第二柔性牵引变压器处母线故障，则控制所述第一柔性牵引变压器为系统贯通供电区段进行供电；

　　96.具体的，如图5所示，为以柔性牵引变电所1母线故障也即第一柔性牵引变压器处母线故障时为例的运行状态示意图，实现在单个柔性牵引变电所母线故障时的系统重构，可使机车降功率通过。

　　97.在系统保护动作，断路器qf10与qf5均跳闸且qf5、qf10、qf6、qf8、qf8、qf6闭合时，判断为柔性牵引变电所1母线故障，此时，仅靠柔性牵引变电所2中的柔性牵引变压器为系统贯通供电区段供电；在系统保护动作，断路器qf10与qf5均跳闸且qf5、qf10、qf6、qf8、qf8、qf6闭合时，判断为柔性牵引变电所2母线故障，此时，仅靠柔性牵引变电所1中的柔性牵引变压器为系统贯通供电区段供电。

　　98.若所述故障为第一柔性牵引变压器和第二柔性牵引变压器均故障，则将断路器qf11和断路器qf12均断开，以使系统退回到既有牵引供电状态；

　　99.具体的，如图6所示为第一柔性牵引变压器和第二柔性牵引变压器均故障时运行状态示意图，检测系统各处电气量及保护动作状态，在系统保护动作，断路器qf10

　　跳闸且断路器qf10与断路器qf8或断路器qf6与断路器qf8跳闸且断路器qf5、断路器qf5

　　闭合时，所有柔性牵引变压器全部故障，断开断路器qf11、断路器qf12，所有电分相重新投入使用，系统退回既有牵引供电系统状态。j9跨境服务若断路器断路器qf6闭合，判断节能型牵引变压器无故障，则利用节能型牵引变压器实现既有牵引供电方式供电，若断路器断路器qf6断开，判断节能型牵引变压器故障，则利用变电所既有牵引变压器实现既有牵引供电方式供电，其具体情况如下：

　　100.对于柔性牵引变电所1，若断路器断路器qf6处于闭合状态，判断节能型牵引变压器正常，闭合断路器qf7利用柔性牵引变电所1节能型牵引变压器实现既有牵引供电方式供电；若断路器断路器qf6处于断开状态，判断节能型牵引变压器故障，闭合断路器qf1、断路器qf2、断路器qf3、断路器qf4，利用既有牵引变压器实现既有牵引供电方式对牵引网供电；对于柔性牵引变电所2，若断路器断路器qf6

　　，柔性牵引变电所2节能型牵引变压器实现既有牵引供电方式供电；若断路器qf6

　　101.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器故障，则将断路器qf2

　　102.具体的，如图7所示为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器故障时系统运行示意图，在系统保护动作，断路器qf10与断路器qf5均跳闸且断路器qf5

　　跳闸时，判断为柔性牵引变电所1母线柔性牵引变压器故障，此时，断路器qf2

　　闭合，由柔性牵引变电所2既有牵引变压器为长距离贯通供电区间供电，机车降功率运

　　103.若所述故障为第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线闭合，将断路器qf11断开，以使第一既有牵引变压器为牵引网进行供电；

　　104.具体的，如图8所示为第一柔性牵引变压器故障且第二柔性牵引变压器处母线故障时系统运行示意图，在系统保护动作，断路器qf10

　　闭合，断路器qf10与断路器qf8或断路器qf6与断路器qf8跳闸时，判断为柔性牵引变电所2母线柔性牵引变压器故障，此时，断路器qf1、断路器qf2、断路器qf3、断路器qf4闭合，断路器qf11断开，由柔性牵引变电所1既有牵引变压器供电，机车降功率运行。

　　105.若所述故障为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器处母线故障，则将所述系统停止运行；

　　106.具体的，如图9所示为第一柔性牵引变压器处母线故障且第二柔性牵引变压器处母线故障时系统示意图，在系统保护动作，断路器qf10与断路器qf5均断开且断路器qf5

　　断开时，两个柔性牵引变电所母线处均故障，柔性牵引供电系统故障，系统停止运行。

　　107.若所述故障为接触网故障，则根据接触网故障位置控制对应的断路器进行闭合或断开。

　　108.在本技术实施例中，所述若所述故障为接触网故障，则根据接触网故障位置控制对应的断路器进行闭合或断开，具体如下：

　　111.若所述接触网故障位于电分相a和电分相b之间，则将断路器qf11、断路器qf12和断路器qf5断开，将断路器qf1、断路器qf3和断路器qf4闭合，以使电分相a左侧由第一既有牵引变压器进行供电，电分相b和电分相c之间由第二柔性牵引变压器进行供电；

　　112.若所述接触网故障位于电分相b和电分相c之间，则将断路器qf12和断路器qf5

　　113.具体的，如图10所示，为柔性牵引供电系统接触网ab段故障时为例的系统运行状态示意图，在系统保护动作，若所述断路器qf5或断路器qf5

　　处测量的电气量达到设定的保护动作值且满足故障方向条件，同时断路器qf10、断路器qf10

　　、断路器qf11、断路器qf12处方向元件检测故障发生方向，并动作于相应的断路器使得故障被隔离在故障段，减小故障对系统运行的影响，其具体情况如下：

　　114.故障发生在电分相a左侧时，断路器qf11断开，故障被隔离在电分相a左侧供电臂，电分相a右侧供电臂由柔性牵引变电所1和柔性牵引变电所2柔性牵引变压器正常供电；故障发生在ab段时，断路器qf11、断路器qf12、断路器qf5断开，故障隔离在ab供电臂，断路器qf1、断路器qf3、断路器qf4闭合，电分相a左侧供电臂由柔性牵引变电所1既有牵引变压器正常供电，bc供电臂由柔性牵引变电所2柔性牵引变压器正常供电；故障发生在bc段时，断路器qf12、断路器qf5

　　115.本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

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