本发明公开了一种非隔离级联型两相‑单相变换器和铁路牵引供电系统，非隔离级联型两相‑单相变换器包括α相和β相，α相包括第一整流级联子结构，β相包括第二整流级联子结构，第一整流级联子结构和第二整流级联子结构共同构成非隔离级联型两相‑单相变换器的多模块级联结构；第一整流级联子结构包括第一正极输入端、第一接地端和第一输出端，第二整流级联子结构包括第二正极输入端、第二接地端和第二输出端；第一正极输入端、第一接地端、第二正极输入端和第二接地端共同构成多模块级联结构的两相输入；第一输出端和第二输出端共同构成多模块级联结构的单相输出且第一输出端作为多模块级联结构的正极输出端，第二输出端作为多模块级联结构的负极输出端。
1.一种非隔离级联型两相‑单相变换器，其特征在于，所述非隔离级联型两相‑单相变换器包括α相部分和β相部分，所述α相部分包括第一整流级联子结构，所述β相部分包括第二整流级联子结构，所述第一整流级联子结构和所述第二整流级联子结构共同构成所述非隔离级联型两相‑单相变换器的多模块级联结构；
所述第一整流级联子结构包括第一正极输入端、第一接地端和第一输出端，所述第二整流级联子结构包括第二正极输入端、第二接地端和第二输出端；所述第一正极输入端、所述第一接地端、所述第二正极输入端和所述第二接地端共同构成所述多模块级联结构的两相输入；
所述第一输出端和所述第二输出端共同构成所述多模块级联结构的单相输出且所述第一输出端作为所述多模块级联结构的正极输出端，所述第二输出端作为所述多模块级联结构的负极输出端；
所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，所述第一前级整流器E1的输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，所述第一前级整流器E1的输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，所述第一前级整流器E1的输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与第三电感L3的输入端连接，所述第一后级逆变器F1的输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，第一前级整流器的输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，第一前级整流器的输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器En‑1的输入负端En‑1x，第一前级整流器En的输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，第一前级整流器En的输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，第一前级整流器En的输入负端Enx作为所述第一接地端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn‑1的输出负端Fn‑1y，其输出负端Fny作为所述第一整流级联子结构的输出端连接所述第二整流级联子结构；
所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，所述第二前级整流器H1的输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，所述第二前级整流器H1的输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，所述第二前级整流器H1的输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块β2的第二前级整流器H2的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o连接所述第一整流级联子结构的第n个第一模块αn的第一后级逆变器Fn的输出负端Fny，所述第二后级逆变器G1的输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器Hn‑1的输入负端Hn‑1x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn‑1的输出负端Gn‑1y，其输出负端Gny作为所述第二输出端。
2.根据权利要求1所述的非隔离级联型两相‑单相变换器，其特征在于，
所述α相部分还包括第一电感L1，所述第一电感L1的输入端作为所述α相部分的正极输入端，所述第一电感L1的输出端连接所述第一整流级联子结构的输入端；
所述β相部分还包括第二电感L2，所述第二电感L2的输入端作为所述β相部分的正极输入端，所述第二电感L2的输出端连接所述第二整流级联子结构的输入端。
3.根据权利要求2所述的非隔离级联型两相‑单相变换器，其特征在于，所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，其输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第二输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
4.一种非隔离级联型两相‑单相变换器，其特征在于，
所述非隔离级联型两相‑单相变换器包括α相部分和β相部分，所述α相部分包括第一整流级联子结构，所述β相部分包括第二整流级联子结构，所述第一整流级联子结构和所述第二整流级联子结构共同构成所述非隔离级联型两相‑单相变换器的多模块级联结构；
所述第一整流级联子结构包括第一正极输入端、第一接地端和第一输出端，所述第二整流级联子结构包括第二正极输入端、第二接地端和第二输出端；所述第一正极输入端、所述第一接地端、所述第二正极输入端和所述第二接地端共同构成所述多模块级联结构的两相输入；
所述α相部分还包括第一电感L1，所述第一电感L1的输入端作为所述α相部分的正极输入端，所述第一电感L1的输出端连接所述第一整流级联子结构的输入端；
所述β相部分还包括第二电感L2，所述第二电感L2的输入端作为所述β相部分的正极输入端，所述第二电感L2的输出端连接所述第二整流级联子结构的输入端；
所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，所述第二整流级联子结构还包括第三输出端，所述β相部分还包括第四电感L4，所述第四电感L4的输入端与所述第三输出端连接，其输出端和所述第三电感L3的输出端共同作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第一整流级联子结构还包括第四输出端，所述第四输出端与所述第二输出端连接以作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端；
所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，其输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，其输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，其输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与所述第三电感L3的输入端连接，其输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，其输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器En‑1的输入负端En‑1x，其输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，其输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，其输入负端Enx作为所述第一接地端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn‑1的输出负端Fn‑1y，其输出负端Fny作为所述第四输出端；
所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，其输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，其输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，其输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块β2的第二前级整流器H1的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o作为所述第二整流级联子结构的第三输出端，以与所述第四电感L4的输入端连接，其输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器Hn‑1的输入负端Hn‑1x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn‑1的输出负端Gn‑1y，其输出负端Gny与第n个所述第一后级逆变器Fn的输出负端Fny连接后作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
5.一种铁路牵引供电系统，其特征在于，所述铁路牵引供电系统包括根据权利要求1‑4中任意一项所述的非隔离级联型两相‑单相变换器，还包括：
牵引变压器，所述牵引变压器包括副边绕组α和副边绕组β，所述副边绕组α的输出端连接所述第一正极输入端，其接地端连接所述第一接地端，所述副边绕组β的输出端连接所述第二正极输入端，其接地端连接所述第二接地端；
所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端连接所述铁路的牵引网，其负极输出端连接所述铁路的铁轨。
非隔离级联型两相‑单相变换器及铁路牵引供电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种非隔离级联型两相‑单相变换器及铁路牵引供电系统。
背景技术
[0002] 我国电气化牵引供电系统多采用分相供电方式，分相供电系统利用牵引变压器将机车负载接入三相电网。由于各供电臂的电压相位、幅值等存在差异，必须设置过分相对各相进行隔离。过分相不仅造价昂贵，且过分相的无电区间制约了车辆持续高速运行，甚至造成重载车辆坡停等严重问题。且机车负载的随机性和不确定性，造成牵引变压器的原边三相电流的负序、无功和谐波问题。
[0003] 同相供电技术是一种新型的牵引供电技术，不仅可以解决分相供电方式造成的电能质量问题，还取消了牵引变电所出口处的过分相。但同相供电技术无法取消牵引变电所间的电分相，不能实现全线的贯通。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种非隔离级联型两相‑单相变换器及铁路牵引供电系统，以能够取消变电所内和所间的电分相，实现全线的贯通的同时较好地解决无功、谐波和不平衡的电能质量问题，改善三相电网的电能质量，同时多个变电所互为备用，提高了供电系统的稳定性。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0006] 本发明提供一种非隔离级联型两相‑单相变换器，所述非隔离级联型两相‑单相变换器包括α相部分和β相部分，所述α相部分包括第一整流级联子结构，所述β相部分包括第二整流级联子结构，所述第一整流级联子结构和所述第二整流级联子结构共同构成所述非隔离级联型两相‑单相变换器的多模块级联结构；
[0007] 所述第一整流级联子结构包括第一正极输入端、第一接地端和第一输出端，所述第二整流级联子结构包括第二正极输入端、第二接地端和第二输出端；所述第一正极输入端、所述第一接地端、所述第二正极输入端和所述第二接地端共同构成所述多模块级联结构的两相输入；
[0008] 所述第一输出端和所述第二输出端共同构成所述多模块级联结构的单相输出且所述第一输出端作为所述多模块级联结构的正极输出端，所述第二输出端作为所述多模块级联结构的负极输出端。
[0009] 可选择地，所述α相部分还包括第一电感L1，所述第一电感L1的输入端作为所述α相部分的正极输入端，所述第一电感L1的输出端连接所述第一整流级联子结构的输入端；
[0010] 所述β相部分还包括第二电感L2，所述第二电感L2的输入端作为所述β相部分的正极输入端，所述第二电感L2的输出端连接所述第二整流级联子结构的输入端。
[0011] 可选择地，所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，其输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第二输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0012] 可选择地，所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
[0013] 第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，其输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，其输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，其输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与所述第三电感L3的输入端连接，其输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
[0014] 第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，其输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
[0015] 第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器E(n‑1)的输入负端E(n‑1)x，其输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，其输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，其输入负端Enx作为所述第一接地端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn‑1的输出负端F(n‑1)y，其输出负端Fny作为所述第一整流级联子结构的输出端连接所述第二整流级联子结构；
[0016] 所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
[0017] 第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，其输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，其输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，其输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块α2的第二前级整流器H2的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o连接所述第一整流级联子结构的第n个第一模块αn的第一后级逆变器Fn的输出负端Fny，其输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
[0018] 第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
[0019] 第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器H(n‑1)的输入负端H(n‑1)x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn的输出负端Gny，其输出负端Gny作为所述第二输出端。
[0020] 可选择地，所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，所述第二整流级联子结构还包括第三输出端，所述β相部分还包括第四电感L4，所述第四电感L4的输入端与所述第三输出端连接，其输出端和所述第三电感L3的输出端共同作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第一整流级联子结构还包括第四输出端，所述第四输出端与所述第二输出端连接以作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0021] 可选择地，所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
[0022] 第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，其输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，其输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，其输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与所述第三电感L3的输入端连接，其输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
[0023] 第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，其输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
[0024] 第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器E(n‑1)的输入负端E(n‑1)x，其输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，其输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，其输入负端Enx作为所述第一负极连接端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn的输出负端Fny，其输出负端Fny作为所述第四输出端；
[0025] 所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
[0026] 第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，其输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，其输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，其输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块α2的第二前级整流器H1的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o作为所述第二整流级联子结构的第三输出端，以与所述第四电感L4的输入端连接，其输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
[0027] 第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
[0028] 第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器H(n‑1)的输入负端H(n‑1)x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn‑1的输出负端G(n‑1)y，其输出负端Gny与第n个所述第一后级逆变器Fn的输出负端Fny连接后作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0029] 基于上述技术方案，本发明还提供一种铁路牵引供电系统，所述铁路牵引供电系统包括上述的非隔离级联型两相‑单相变换器，还包括：
[0030] 牵引变压器，所述牵引变压器包括副边绕组α和副边绕组β，所述副边绕组α的输出端连接所述第一正极输入端，其接地端连接所述第一接地端，所述副边绕组的输出端连接所述第二正极输入端，其接地端连接所述第二接地端；
[0031] 所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端连接所述铁路的牵引网，其负极输出端连接所述铁路的铁轨。
[0032] 本发明具有以下有益效果：
[0033] 1、本发明所提供的非隔离级联型两相‑单相变换器，其输入电压与变压器的输出电压匹配，无需中间级隔离DC‑DC变换器，可以显著减少全线贯通供电的体积与建造成本。
[0034] 2、本发明利用现有的变电所的三相‑两相变压器结合所提非隔离级联型两相‑单相变换器即可实现贯通牵引供电，并可以解决电网电流谐波、无功和负序的电能质量问题。
[0035] 3、本发明所提非隔离级联型两相‑单相变换器的输出电压幅值、频率、相位均可控，因此可与使用此变换器的其他变电所通过牵引网互联，取消变电所内和变电所间的过分相，进而可实现全线的贯通式供电并提高系统的安全性和可靠性。
附图说明
[0036] 图1为现有输入多抽头变压器隔离两相‑单相级联变换器；
[0037] 图2为现有采用电力电子变压器隔离的两相‑单相级联变换器；
[0038] 图3为本发明所提供的基于非隔离级联型两相‑单相变换器的铁路牵引供电系统输出串联的结构示意图；
[0039] 图4为本发明所提供的基于非隔离级联型两相‑单相变换器的铁路牵引供电系统输出并联的结构示意图；
[0040] 图5为非隔离型交直交两模块全桥‑全桥级联变换器非法开关状态示意图；
[0041] 图6为非隔离型交直交两模块全桥‑全桥级联变换器合法开关状态示意图；
[0042] 图7为非隔离型交直交两模块两电平H桥级联变换器端口电平波形图；
[0043] 图8为非隔离型交直交两模块两电平H桥级联变换器输入输出波形图；
[0044] 图9为非隔离型交直交两模块H桥级联变换器直流电压波形图。
具体实施方式
[0045] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
[0046] 实施例1
[0047] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
[0048] 本发明提供一种非隔离级联型两相‑单相变换器，参考图3和图4所示，所述非隔离级联型两相‑单相变换器包括α相部分和β相部分，所述α相部分包括第一整流级联子结构，所述β相部分包括第二整流级联子结构，所述第一整流级联子结构和所述第二整流级联子结构共同构成所述非隔离级联型两相‑单相变换器的多模块级联结构；
[0049] 在本发明中，多模块级联结构的存在，能够将输入的两相输入转换为单相输出，即：
[0050] 所述第一整流级联子结构包括第一正极输入端、第一接地端和第一输出端，所述第二整流级联子结构包括第二正极输入端、第二接地端和第二输出端；所述第一正极输入端、所述第一接地端、所述第二正极输入端和所述第二接地端共同构成所述多模块级联结构的两相输入；
[0051] 所述第一输出端和所述第二输出端共同构成所述多模块级联结构的单相输出且所述第一输出端作为所述多模块级联结构的正极输出端，所述第二输出端作为所述多模块级联结构的负极输出端。
[0052] 可选择地，所述α相部分还包括第一电感L1，所述第一电感L1的输入端作为所述α相部分的正极输入端，所述第一电感L1的输出端连接所述第一整流级联子结构的输入端；
[0053] 所述β相部分还包括第二电感L2，所述第二电感L2的输入端作为所述β相部分的正极输入端，所述第二电感L2的输出端连接所述第二整流级联子结构的输入端。
[0054] 可选择地，所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，其输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第二输出端作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0055] 具体地，本发明所提供的非隔离级联型两相‑单相变换器包括输出串联结构，具体参考图3：
[0056] 可选择地，所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
[0057] 第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，其输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，其输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，其输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与所述第三电感L3的输入端连接，其输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
[0058] 第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，其输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
[0059] 第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器E(n‑1)的输入负端E(n‑1)x，其输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，其输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，其输入负端Enx作为所述第一接地端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn‑1的输出负端F(n‑1)y，其输出负端Fny作为所述第一整流级联子结构的输出端连接所述第二整流级联子结构；
[0060] 所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
[0061] 第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，其输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，其输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，其输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块α2的第二前级整流器H2的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o连接所述第一整流级联子结构的第n个第一模块αn的第一后级逆变器Fn的输出负端Fny，其输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
[0062] 第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
[0063] 第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器H(n‑1)的输入负端H(n‑1)x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn的输出负端Gny，其输出负端Gny作为所述第二输出端。
[0064] 可选择地，所述α相部分还包括第三电感L3，所述第三电感L3的输入端连接所述第一输出端，所述第二整流级联子结构还包括第三输出端，所述β相部分还包括第四电感L4，所述第四电感L4的输入端与所述第三输出端连接，其输出端和所述第三电感L3的输出端共同作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端，所述第一整流级联子结构还包括第四输出端，所述第四输出端与所述第二输出端连接以作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0065] 此外，作为另一种实施方式，本发明所提供的非隔离级联型两相‑单相变换器还包括输出并联的结构形式，具体参考图4所示：
[0066] 可选择地，所述第一整流级联子结构包括多个第一模块α1，α2，…，αn，每个所述第一模块包括有一个第一前级整流器、第一电容和第一后级逆变器；
[0067] 第一个所述第一模块α1的所述第一前级整流器E1的输入正端E1i作为所述第一整流级联子结构的第一正极输入端，其输出正端E1o同时连接所述第一后级逆变器F1的输入正端F1i和第一电容Ca1的正极，其输出负端Ely同时连接所述第一后级逆变器F1的输入负端Flx和第一电容Ca1的负极，其输入负端E1x作为所述第一个第一模块α1的输入负端连接第二个所述第一模块α2的第一前级整流器E2的输入正端E2i；所述第一后级逆变器F1的输出正端F1o作为所述第一输出端，以与所述第三电感L3的输入端连接，其输出负端Fly连接第二个所述第一模块α2的第一后级逆变器F2的输出正端F2o；
[0068] 第二个所述第一模块α2至第n‑1个所述第一模块αn‑1中，每个所述第一模块中的第一前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第一后级逆变器的输入正端和该模块中的第一电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第一后级逆变器的输入负端和该模块中第一电容的负极，其输入负端连接下一个第一模块中第一前级整流器的输入正端；每个所述第一模块中的第一后级逆变器的输出负端连接下一个第一模块中第一后级逆变器的输出正端；
[0069] 第n个所述第一模块αn的所述第一前级整流器En的输入正端Eni连接第n‑1个所述第一前级整流器E(n‑1)的输入负端E(n‑1)x，其输出正端Eno同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入正端Fni和第一电容Can的正极，其输出负端Eny同时连接所述第一后级逆变器Fn的输入负端Fnx和第一电容Can的负极，其输入负端Enx作为所述第一负极连接端，第n个所述第一后级逆变器Fn的输出正端Fno连接第n‑1个所述第一后级逆变器Fn的输出负端Fny，其输出负端Fny作为所述第四输出端；
[0070] 所述第二整流级联子结构包括多个第二模块β1，β2，…，βn，每个所述第二模块包括有一个第二前级整流器、第二电容和第二后级逆变器；
[0071] 第一个所述第二模块β1的所述第二前级整流器H1的输入正端H1i作为所述第二整流级联子结构的第二正极输入端，其输出正端H1o同时连接所述第二后级逆变器G1的输入正端G1i和第二电容Cβ1的正极，其输出负端Hly同时连接所述第二后级逆变器G1的输入负端Glx和第二电容Cβ1的负极，其输入负端H1x作为所述第一个第二模块β1的输入负端连接第二个所述第二模块α2的第二前级整流器H1的输入正端H2i；所述第二后级逆变器G1的输出正端G1o作为所述第二整流级联子结构的第三输出端，以与所述第四电感L4的输入端连接，其输出负端Gly连接第二个所述第二模块β2的第二后级逆变器G2的输出正端G2o；
[0072] 第二个所述第二模块β2至第n‑1个所述第二模块βn‑1中，每个当前所述第二模块中的第二前级整流器的输出正端同时连接该模块中的第二后级逆变器的输入正端和该模块中的第二电容的正极，其输出负端同时连接该模块中第二后级逆变器的输入负端和该模块中第二电容的负极，其输入负端连接下一个第二模块中第二前级整流器的输入正端；每个所述第二模块中的第二后级逆变器的输出负端连接下一个第二模块中第二后级逆变器的输出正端；
[0073] 第n个所述第二模块βn的所述第二前级整流器Hn的输入正端Hni连接第n‑1个所述第二前级整流器H(n‑1)的输入负端H(n‑1)x，其输出正端Hno同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入正端Gni和第二电容Cβn的正极，其输出负端Hny同时连接所述第二后级逆变器Gn的输入负端Gnx和第二电容Cβn的负极，其输入负端Hnx作为所述第二接地端，第n个所述第二后级逆变器Gn的输出正端Gno连接第n‑1个所述第二后级逆变器Gn‑1的输出负端G(n‑1)y，其输出负端Gny与第n个所述第一后级逆变器Fn的输出负端Fny连接后作为所述非隔离级联型两相‑单相变换器的负极输出端。
[0074] 这里需要说明的是，本发明所提供的非隔离级联型两相‑单相变换器可以是多电平变换器，如两电平变换器、三电平变换器等。若第一前级整流器和/或第二前级整流器为全桥结构、第一后级逆变器和/或第二后级逆变器也为全桥结构，则此非隔离级联型两相‑单相变换器可应用于同相牵引供电系统；若第一前级整流器和/或第二前级整流器为全桥结构，第一后级逆变器和/或第二后级逆变器为半桥结构，则此非隔离级联型两相‑单相变换器可应用于同相牵引供电系统。
[0075] 实施例2
[0076] 基于上述技术方案，本发明还提供一种铁路牵引供电系统，所述铁路牵引供电系统包括上述的非隔离级联型两相‑单相变换器，还包括：
[0077] 牵引变压器，所述牵引变压器包括副边绕组α和副边绕组β，所述副边绕组α的输出端连接所述第一正极输入端，其接地端连接所述第一接地端，所述副边绕组的输出端连接所述第二正极输入端，其接地端连接所述第二接地端；
[0078] 所述非隔离级联型两相‑单相变换器的正极输出端连接所述铁路的牵引网，其负极输出端连接所述铁路的铁轨。
[0079] 这里，三相‑两相变压器可以是YNd11变压器、Scott变压器、阻抗匹配变压器、YNvd变压器、Vv变压器或VX接线形式的变压器，本发明不做具体限制。
[0080] 这样，能够利用现有变电所的三相‑两相变压器，将变压器的高压侧接入三相电网，变压器的低压侧两个输出端口分别与α相和β相的第一电感L1、第二电感L2连接，即与非隔离级联型两相‑单相变换器的两个输入端口直接相连，变换器输出的两个单相交流电串联或并联后，与接触网和铁轨相连，为机车负载提供电能。
[0081] 具体地，在本发明所提供的铁路牵引供电系统中，三相‑两相变压器的原边三相绕组与a、b、c三相电网相连，将110kV三相电网电压降压到27.5kV两相交流电压，非隔离级联型两相‑单相变换器由α相和β相构成，α相内和β相内前级整流器输入端口均为级联结构。
[0082] 实施例3
[0083] 传统的交直交多模块级联变换器为避免直流电容短路，常采用两种结构，一种是如图1所示交直交多模块级联变换器前级整流器通过多抽头变压器与牵引变压器相连；另一种是如图2所示交直交多模块级联变换器通过电力电子变压器如隔离DC‑DC变换器进行电气隔离，以此来避免直流电容短路。上述两种结构均属于硬件隔离，系统的成本和体积都较大。
[0084] 为避免非隔离型交直交多模块级联变换器的前级整流器和后级逆变器直流电容短路的开关状态，调制过程中选择可以避免短路的合法调制开关状态。以非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器为研究对象进行分析，图5所示为非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器某一非法开关状态组合，此开关状态下，下模块直流支撑电容短路，短路路径用图5所示加粗实线标出；图6所示为非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器某一合法开关状态组合，此开关状态下，无直流支撑电容短路路径。
[0085] 若对图5所示拓扑中4个H桥变换器进行独立调制，则任一时刻，单个H桥共有4种开关状态，因此4个H桥在同一时刻共有4×4×4×4＝256种开关状态组合，在256种开关状态组合中，仅有96种开关状态组合下，直流支撑电容不会短路，为合法开关状态组合，其余为非法开关状态组合。通过选择96种合法的开关矢量，合成电压参考矢量，即可避开直流侧电容短路路径。
[0086] 图7是非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器采用规避直流电容短路路径的开关矢量，合成电压参考矢量调制算法时，前级两模块两电平H桥级联整流器和后级两模块两电平H桥级联逆变器的端口电平波形。
[0087] 图8是非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器采用规避直流电容短路路径的开关矢量的调制算法时，交流电压、交流电流和后级级联逆变器输出电压的波形，可见若采用非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器拓扑结构，则后级级联逆变器输出电压等级与输入交流电压等级相等，因此非隔离型交直交两模块两电平全桥‑全桥级联变换器可应用于同相牵引供电系统。
[0088] 在合法开关矢量中，根据模块一和模块二直流电压差值，选择均压矢量，可以均衡模块一和模块二直流电压。图9是非隔离型交直交两模块两电平H桥级联变换器均压的仿真验证。
[0089] 由此，可以证明本发明具有以下有益效果：
[0090] 1、本发明所提供的非隔离级联型两相‑单相变换器，其输入电压与变压器的输出电压匹配，无需中间级隔离DC‑DC变换器，可以显著减少全线贯通供电的体积与建造成本。
[0091] 2、本发明利用现有的变电所的三相‑两相变压器结合所提非隔离级联型两相‑单相变换器即可实现贯通牵引供电，并可以解决电网电流谐波、无功和负序的电能质量问题。
[0092] 3、本发明所提非隔离级联型两相‑单相变换器的输出电压幅值、频率、相位均可控，因此可与使用此变换器的其他变电所通过牵引网互联，取消变电所内和变电所间的过分相，进而可实现全线的贯通式供电并提高系统的安全性和可靠性。
[0093] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
