专利摘要

本发明所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，是把主变电所的输入电压变换成±10kV或其他电压等级直流电并配送到各牵引变电所，直牵所输出正电压连接到牵引网、输出零电压连接到走行轨。如果再把直牵所输出负电压连接到回流线，并把直流自耦变压器所中的直流AT输出的三端电压分别连接到牵引网、走行轨和回流线，就构成了直流AT供电系统。直牵所里的多功能直流变压器可实现能量双向流动，使得主变电所、直牵所和直耦所等站场的高压直流母线和牵引网上所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，从而在源头上解决了列车制动能量利用问题。此外，该系统还能够有效地降低轨道电位和杂散电流。

权利要求

1.一种高压直流城市轨道交通牵引供电系统，应用于城市轨道交通中，其特征在于，包括：若干主变电所(7)、高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)和若干直流牵引变电所(10)，直流牵引变电所(10)包括：多功能直流变压器；

其中，主变电所(7)为整条城市轨道交通线路提供电力，高压直流正母线(8)和高压直流负母线(9)沿城市轨道交通线路设置，每个车站中至多安装一个直流牵引变电所(10)；

所述主变电所(7)的输出正极端(71)连接至高压直流正母线(8)，输出负极端(72)连接至高压直流负母线(9)；

所述直流牵引变电所(10)的输入正极端(101)连接至高压直流正母线(8)，输入负极端(102)连接至高压直流负母线(9)，输出正极端(103)连接至牵引网(4)，输出零极端(104)连接至走行轨(5)；

所述主变电所(7)用于把输入的交流电压降压整流成高压直流电，并通过高压直流正母线(8)和高压直流负母线(9)配送到沿途各个直流牵引变电所(10)；或者主变电所(7)用于把输入的直流高压配电网的电压直接通过高压直流正母线(8)和高压直流负母线(9)配送到沿途各个直流牵引变电所(10)；

所述直流牵引变电所(10)通过多功能直流变压器把输入直流电压降压到牵引网(4)所需的直流牵引电压，所述多功能直流变压器实现能量双向流动，能将列车制动产生的大量能量，由低压侧传递至高压侧，此时高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)和牵引网(4)上的所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，进而避免制动能量以电阻散热的形式所浪费，有效地提高列车制动能量利用率；

所述多功能直流变压器的开关频率远高于工频，多功能直流变压器的高功率密度特性使其能够直接安装在车站中，两个直流牵引变电所(10)之间的间距最短为车站之间的间距，从而降低城市轨道交通牵引供电系统中的轨道电位和杂散电流；

所述高压直流城市轨道交通牵引供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所(7)通过高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)向直流牵引变电所(10)传递能量，直流牵引变电所(10)通过牵引网(4)、走行轨(5)向列车(6)传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

2.一种高压直流城市轨道交通牵引供电系统，应用于城市轨道交通中，其特征在于，包括：若干主变电所(7)、高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)、若干直流牵引变电所(10)、回流线(11)和若干直流自耦变压器所(12)，直流牵引变电所(10)包括：多功能直流变压器；

其中，主变电所(7)为整条城市轨道交通线路提供电力，高压直流正母线(8)和高压直流负母线(9)沿城市轨道交通线路设置，每个车站中至多安装一个直流牵引变电所(10)，在两个相邻直流牵引变电所(10)之间的车站或线路上安装有若干直流自耦变压器所(12)；

所述主变电所(7)的输出正极端(71)连接至高压直流正母线(8)，输出负极端(72)连接至高压直流负母线(9)；

所述直流牵引变电所(10)的输入正极端(101)连接至高压直流正母线(8)，输入负极端(102)连接至高压直流负母线(9)，输出正极端(103)连接至牵引网(4)，输出零极端(104)连接至走行轨(5)，输出负极端(105)连接至回流线(11)；

所述直流自耦变压器所(12)的正极端(121)连接至牵引网(4)，零极端(122)连接至走行轨(5)，负极端(123)连接至回流线(11)；

所述高压直流城市轨道交通牵引供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所(7)通过高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)向直流牵引变电所(10)传递能量，直流牵引变电所(10)通过牵引网(4)、回流线(11)、直流自耦变压器所(12)和走行轨(5)向列车(6)传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

3.如权利要求2所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，其特征在于，所述直流自耦变压器所(12)的数量根据轨道电位和杂散电流抑制的指标来设计确定。

4.如权利要求2所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，其特征在于，所述直流牵引变电所(10)的输出正极端(103)和输出负极端(105)以输出零极端(104)为对称，电压大小相等方向相反，构成正负电压对称的直流自耦变压器，此时直流牵引变电所(10)兼具直流自耦变压器所(12)的功能。

5.一种适用于干线铁路或城际铁路的高压直流铁路牵引AT供电系统，其特征在于，包括：若干主变电所(7)、高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)和若干直流自耦变压器所(12)；

其中，所述主变电所(7)的输出正极端(71)连接至高压直流正母线(8)，输出负极端(72)连接至高压直流负母线(9)，输出零极端(73)连接至走行轨(5)；主变电所(7)用于将输入的交流电降压整流为高压直流电；

两个主变电所(7)之间设置多个直流自耦变压器所(12)，且所述直流自耦变压器所(12)的正极端(121)、零极端(122)和负极端(123)分别连接至高压直流正母线(8)、走行轨(5)和高压直流负母线(9)；

高压直流正母线(8)进入到列车后，其上的直流电压通过车载电力电子牵引变压器把高压直流变换为列车牵引所需的交流三相VVVF电压和辅助电源电压；

所述主变电所(7)作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引变电所，所述高压直流正母线(8)作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引网，所述高压直流负母线(9)作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的回流线；

所述主变电所(7)的输出正极端(71)和输出负极端(72)以输出零极端(73)为对称，电压大小相等方向相反，构成正负电压对称的直流自耦变压器，此时主变电所(7)兼具直流自耦变压器所(12)的功能；

所述高压直流铁路牵引AT供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所(7)通过高压直流正母线(8)、高压直流负母线(9)、直流自耦变压器所(12)和走行轨(5)向列车(6)传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

说明书

技术领域

本发明涉及电气化轨道交通和电力电子直流变换技术领域，具体说是高压直流城市轨道交通牵引供电系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，轨道交通日益成熟并迅猛发展。其中，城市轨道交通凭借其节能、省地、运量大、全天候、低污染、安全性高等优点，广泛应用于世界各大现代化城市。截止2018年末，我国内地共有35个城市累计开通城市轨道交通运营线路185条，运营线路总长度5761.4公里。且预计到2020年末，运营线路总长度将突破6000公里。对于城市轨道交通，其多采用直流牵引供电系统，且国内相关标准，如《GB/T 10411-2005城市轨道交通直流牵引供电系统》、《GB 50157-2013地铁设计规范》等，均明确指出“系统推荐电压等级为DC750V或DC1500V”。

但随着城市轨道交通的迅速发展及规模不断扩大，现有城市轨道交通牵引供电系统暴露出不少问题，突出问题列举如下：

(1)列车制动能量利用率低；

现有城市轨道交通牵引供电系统的电压主要是交流35kV或交流10kV，牵引变电所通过移相变压器和多脉波整流装置将35kV或10kV高压交流电转变为列车所需的DC750V或DC1500V低压直流电。然而目前多脉波整流装置多采用大功率二极管，能量仅可由交流侧流向直流侧，即此时牵引变电所能量单向流动。由于列车频繁制动会产生大量能量，除部分能量被相邻列车吸收利用外，剩余能量主要被制动电阻以发热的方式消耗掉。但电阻制动不仅会降低列车制动能量利用率、增大系统能耗，也增大隧道及车站的散热成本。为了能更好利用列车制动能量，现有的办法主要有两个：一是把牵引变电所中的二极管整流装置更换改造为开关管控制的PWM整流装置等，把制动能量回馈到交流侧；二是在车上或轨旁地面安装超级电容等直流储能装置，把制动能量吸收缓存起来。

(2)轨道电位和杂散电流问题严重；

现有城市轨道交通牵引供电系统普遍采用走行轨回流至牵引变电所的负极。由于走行轨存在电阻，所以轨道与大地之间存在一定电位差，该电位差被称为轨道电位。轨道和道床之间并非完全绝缘，轨道电位的存在使得部分电流从轨道泄露至大地中，这部分电流被称为杂散电流。杂散电流除对金属管线、轨道和结构钢筋等造成严重的电化学腐蚀外，还有可能引起牵引变电所的泄露框架保护装置动作，继而造成较大范围的停电事故，严重影响系统的正常运营。同时，轨道电位也威胁着乘客人身安全以及系统的安全运行，制约着牵引变电所的供电距离，进而提高线路的建设成本。

(3)难以适应未来直流配电网；

现有城市轨道交通牵引供电系统通常从35kV或10kV交流电网获得电能然后降压变换后整流成750V或1500V直流电压。随着电力电子技术的发展，轻型直流输电和配电已成为未来电网的发展趋势。相对于交流配电网，直流配电网具有供电容量大、供电半径长、运行效率高、改善电能质量问题、无需无功补偿等优势。但大容量的轻型直流输配电网的电压等级至少要在3kV或更高。显然，现有城市轨道交通牵引供电系统与轻型直流配电网不能匹配，即其无法直接从直流配电网上获取能量。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提出了高压直流城市轨道交通牵引供电系统。相对于现有城市轨道交通牵引供电系统把进入主变电所的电压变换成35kV或10kV交流电配送到各牵引变电所，高压直流城市轨道交通牵引供电系统是把进入到主变电所的电压变换整流成±10kV直流电(根据需要也可以是其他电压等级)配送到各牵引变电所，或者把引入到主变电所的高压直流电无须变换直接配送到各牵引变电所(针对未来已有直流配电网的情况)。高压直流城市轨道交通牵引供电系统中的牵引变电所包含多功能直流变压器、其他开关和保护装置等，其中多功能直流变压器可实现能量双向流动，故主变电所和牵引变电所等站场的高压直流母线和牵引网上所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，从而在源头上解决了列车制动能量利用问题。这种新型的牵引变电所主要功能就是把高压直流电压变换为列车牵引所需的直流电压，因此该牵引变电所可称之为直流牵引变电所(DCtractionsubstation,DTS)，简称为直牵所(DTS)。直牵所中多功能直流变压器开关频率远高于工频，凭借其高功率密度特性，占地面积要小很多，因此直牵所(DTS)可沿线直接安装在车站中。为了降低轨道电位进而减小杂散电流，可以在各个车站中都安装直牵所(DTS)，或者在两直牵所之间的车站中安装正负电压对称变换的直流自耦变压器所(DCauto-transformerstation,DAS)，简称为直耦所(DAS)。同时，如果相邻车站之间距离比较长，且已在各个车站中安装直牵所(DTS)，此时为了进一步降低轨道电位和杂散电流，可以在相邻车站之间设立多个直耦所(DAS)。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，应用于城市轨道交通中，包括：若干主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9和若干直流牵引变电所10，直流牵引变电所10包括：多功能直流变压器；

其中，安装在线路附近的主变电所7为整条城市轨道交通线路提供电力，高压直流正母线8和高压直流负母线9沿城市轨道交通线路设置，每个车站中至多安装一个直流牵引变电所10；

所述主变电所7的输出正极端71连接至高压直流正母线8，输出负极端72连接至高压直流负母线9；

所述直流牵引变电所10的输入正极端101连接至高压直流正母线8，输入负极端102连接至高压直流负母线9，输出正极端103连接至牵引网4，输出零极端104连接至走行轨5。

在上述方案的基础上，所述主变电所7用于把输入的交流电压降压整流成高压直流电(比如±10kV)，并通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直流牵引变电所10；或者主变电所7用于把输入的直流高压配电网的电压直接通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直流牵引变电所10。

在上述方案的基础上，所述直流牵引变电所10通过多功能直流变压器把输入直流电压降压到牵引网4所需的直流牵引电压，所述多功能直流变压器实现能量双向流动，能将列车制动产生的大量能量，由低压侧传递至高压侧，此时高压直流正母线8、高压直流负母线9和牵引网4上的所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，进而避免制动能量以电阻散热的形式所浪费，有效地提高列车制动能量利用率。

在上述方案的基础上，所述多功能直流变压器的开关频率远高于工频，多功能直流变压器的高功率密度特性使其能够直接安装在车站中，两个直流牵引变电所10之间的间距最短为车站之间的间距，从而降低城市轨道交通牵引供电系统中的轨道电位和杂散电流。

在上述方案的基础上，所述高压直流城市轨道交通牵引供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所7通过高压直流正母线8、高压直流负母线9向直流牵引变电所10传递能量，直流牵引变电所10通过牵引网4、走行轨5向列车6传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，应用于城市轨道交通中，包括：若干主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9、若干直流牵引变电所10、回流线11和若干直流自耦变压器所12，直流牵引变电所10包括：多功能直流变压器；

其中，安装在线路附近的主变电所7为整条城市轨道交通线路提供电力，高压直流正母线8和高压直流负母线9沿城市轨道交通线路设置，每个车站中至多安装一个直流牵引变电所10，在两个相邻直流牵引变电所10之间的车站或线路上安装有若干直流自耦变压器所12；

所述主变电所7的输出正极端71连接至高压直流正母线8，输出负极端72连接至高压直流负母线9；

所述直流牵引变电所10的输入正极端101连接至高压直流正母线8，输入负极端102连接至高压直流负母线9，输出正极端103连接至牵引网4，输出零极端104连接至走行轨5，输出负极端105连接至回流线11；

所述直流自耦变压器所12的正极端121连接至牵引网4，零极端122连接至走行轨5，负极端123连接至回流线11。

在上述方案的基础上，所述直流自耦变压器所12的数量根据轨道电位和杂散电流抑制的指标来设计确定。

在上述方案的基础上，所述直流牵引变电所10的输出正极端103和输出负极端105以输出零极端104为对称，电压大小相等方向相反，构成正负电压对称的直流自耦变压器(auto-transformer,AT)，此时直流牵引变电所10兼具直流自耦变压器所12的功能。

在上述方案的基础上，所述高压直流城市轨道交通牵引供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所7通过高压直流正母线8、高压直流负母线9向直流牵引变电所10传递能量，直流牵引变电所10通过牵引网4、回流线11、直流自耦变压器所12和走行轨5向列车6传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

可将适用于城市轨道交通的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，扩展为适用于干线铁路或城际铁路的高压直流铁路牵引AT供电系统，包括：

若干主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9和若干直流自耦变压器所12；

其中，所述主变电所7的输出正极端71连接至高压直流正母线8，输出负极端72连接至高压直流负母线9，输出零极端73连接至走行轨5；主变电所7用于将输入的交流电(如110kV或220kV)降压整流为高压直流电(如±10kV)；

两个主变电所7之间设置多个直流自耦变压器所12，且所述直流自耦变压器所12的正极端121、零极端122和负极端123分别连接至高压直流正母线8、走行轨5和高压直流负母线9；

高压直流正母线8进入到列车后，其上的直流电压通过车载电力电子牵引变压器把高压直流变换为列车牵引所需的交流三相VVVF电压和辅助电源电压。

在上述方案的基础上，所述主变电所7作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引变电所，所述高压直流正母线8作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引网，所述高压直流负母线9作为高压直流铁路牵引AT供电系统中的回流线。

在上述方案的基础上，所述主变电所7的输出正极端71和输出负极端72以输出零极端73为对称，电压大小相等方向相反，构成正负电压对称的直流自耦变压器，此时主变电所7兼具直流自耦变压器所12的功能。

在上述方案的基础上，所述高压直流铁路牵引AT供电系统在列车牵引时的能量流动路径为：主变电所7通过高压直流正母线8、高压直流负母线9、直流自耦变压器所12和走行轨5向列车6传递能量；列车制动时的能量流动路径与牵引时相反。

所述高压直流铁路牵引AT供电系统，相比于现有单相交流制牵引供电系统有很多优势：一是彻底解决了电网的负荷不平衡问题；二是彻底解决了列车过分相问题；三是不仅解决了无功和谐波问题，还能解决交流牵引后新出现的车网振荡问题；四是降低了车载电力电子牵引变压器的成本、体积和重量。

本发明所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统。相对于现有城市轨道交通牵引供电系统，高压直流城市轨道交通牵引供电系统由主变电所直接降压整流成高压直流(比如±10kV)，然后采用高压直流正负母线替换35kV或10kV的高压交流母线，且此时牵引变电所由多功能直流变压器、其他开关和保护装置构成。该新型的牵引变电所是把输入直流电压变换为输出直流牵引电压，故称之为直流牵引变电所(简称“直牵所(DTS)”)。多功能直流变压器可实现能量双向流动，使得主变电所和牵引变电所等高压直流母线和牵引网上的所有电容都能成为运行列车制动时的能量缓存器，从而在源头上解决列车制动能量利用问题。多功能直流变压器开关频率远高于工频，凭借其高功率密度特性可直接安装在车站中，此时直牵所间距可以缩短至车站间距，进而有效降低系统中轨道电位和杂散电流。同时配合安装直流自耦变压器所(简称“直耦所(DAS)”)，可以进一步降低系统中轨道电位和杂散电流。此外，当未来电网出现直流配电网时，高压直流城市轨道交通供电系统可以直接从直流配电网上取电。

与现有技术相比，本发明提出了一种新型城市轨道交通牵引供电系统—高压直流城市轨道交通牵引供电系统。高压直流城市轨道交通牵引供电系统采用高压直流取代现有的交流35kV或10kV给各个牵引变电所送电；此时牵引变电所即为直牵所(DTS)，其采用高开关频率、高功率密度的多功能直流变压器把输入高压直流(如±10kV)变换为列车运行所需的直流牵引网电压。高压直流城市轨道交通牵引供电系统至少有如下优点：

1、在同等列车容量下，由于±10kV直流线路上的压降远低于交流35kV线路上的压降，故可以优化一条轨道交通线路中供电的主变电所的数量和设置地点；

2、直牵所占地面积小，可以直接安装在车站中；

3、多功能直流变压器可实现能量双向流动，此时高压直流母线及其变换出的牵引网等所有的电容都成为列车电制动时能量的吸收缓存器，不必再另行设计安装制动能量吸收装置等；

4、直牵所(DTS)间距或直耦所(DAS)间距易于缩短，可以有效解决轨道电位和杂散电流问题；

5、当未来电网出现直流配电网时，可以直接使用直流配电网的电压，降低主变电所的建设成本。

此外高压直流城市轨道交通牵引供电系统还可由城市轨道交通扩展至干线铁路或城际铁路，即称之为高压直流铁路牵引AT供电系统。高压直流铁路牵引AT供电系统中铁路牵引变电所把输入的交流电(如110kV或220kV)降压整流为高压直流电(如±10kV)来为列车供电，铁路牵引变电所之间设置多个直耦所(DAS)，此时进入到列车的直流电压通过车载电力电子牵引变压器把高压直流变换为列车牵引所需的交流三相VVVF电压和辅助电源电压。高压直流铁路牵引AT供电系统，相比于现有单相交流制牵引供电系统至少有如下优势：

1、彻底解决了电网的负荷不平衡问题；

2、彻底解决了列车过分相问题；

3、不仅解决了无功和谐波问题，还能解决交流牵引后新出现的车网振荡问题；

4、降低了车载电力电子牵引变压器的成本、体积和重量。

附图说明

本发明有如下附图：

图1(a)现有城市轨道交通牵引供电示意图，

图1(b)现有城市轨道交通牵引供电在列车运行时示意图，

图2本发明方案一示意图，

图3本发明方案一在列车运行时示意图，

图4(a)本发明方案二示意图，

图4(b)本发明方案二在列车运行时示意图，

图5(a)本发明方案三示意图，

图5(b)本发明方案三在列车运行时示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行更详细的说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图1(a)、(b)所示的现有城市轨道交通牵引供电系统方案，包括：高压交流母线1、移相变压器2、多脉波整流装置3，负责给列车6配送电能的牵引网(或第三轨)4和走行轨5。移相变压器2和多脉波整流装置3即为现有城市轨道交通牵引供电系统中牵引变电所的典型方案。此时列车运行于移相变压器2m(或多脉波整流装置3m)和移相变压器2n(或多脉波整流装置3n)之间，移相变压器2a、多脉波整流装置3a、移相变压器2z和多脉波整流装置3z分别构成线路两侧的牵引变电所，此时图1(a)、(b)省略其余移相变压器2和多脉波整流装置3。

所述移相变压器2a、2m、2n和2z的高压侧均连接至高压交流母线1，移相变压器2a、2m、2n和2z的低压侧分别连接至对应的多脉波整流装置3a、3m、3n和3z的交流端31；所述多脉波整流装置3a、3m、3n和3z的正极端32均连接至牵引网4，多脉波整流装置3a、3m、3n和3z的负极端33均连接至走行轨5。其中，典型的多脉波整流装置3为24脉波整流装置。

当列车6运行时，现有城市轨道交通牵引供电系统方案如图1(b)所示，此时移相变压器2m和移相变压器2n从高压交流母线上获取能量，再分别通过多脉波整流装置3m和多脉波整流装置3n为列车6提供能量：

此时一部分牵引电流从多脉波整流装置3m的正极端32进入牵引网4，到达列车6后，电流流入列车6和多脉波整流装置3m之间的走行轨5，最终从负极端33返回多脉波整流装置3m；另一部分牵引电流从多脉波整流装置3n的正极端32进入牵引网4，到达列车6后，电流流入列车6和多脉波整流装置3n之间的走行轨5，最终从负极端33返回多脉波整流装置3n；两部分电流共同形成一个完整的直流供电回路。

针对图1(a)、(b)所述现有城市轨道交通牵引供电系统，本发明采用方案一如下所示：

本发明所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，主要包括：

两个主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9和若干直牵所(DTS)10，直牵所10包括：多功能直流变压器；

其中，主变电所7安装在整条城市轨道交通线路的两侧，高压直流正母线8和高压直流负母线9沿城市轨道交通线路设置，每个车站中至多安装一个直牵所(DTS)10。

采用高压直流城市轨道交通牵引供电系统后，连接方式为：

主变电所7的输出正极端71连接到高压直流正母线8，主变电所7的输出负极端72连接到高压直流负母线9；

直牵所(DTS)10的输入正极端101连接至高压直流正母线8，输入负极端102连接至高压直流负母线9，输出正极端103连接至牵引网4，输出零极端104连接至走行轨5。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，主变电所7把输入的交流电压降压整流成高压直流电(比如±10kV)，并通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直牵所(DTS)10；或者主变电所7把输入的直流高压配电网的电压直接通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直牵所(DTS)10。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，直牵所(DTS)10中多功能直流变压器能量双向流动，可将列车制动产生的大量能量，由低压侧传递至高压侧，此时高压直流母线和牵引网上所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，进而避免制动能量以电阻散热的形式所浪费，有效地提高列车制动能量利用率。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，直牵所(DTS)10中多功能直流变压器开关频率远高于工频，凭借其高功率密度特性可直接安装在车站中，此时直牵所(DTS)10之间的间距最短为车站之间的间距，从而降低城市轨道交通牵引供电系统中的轨道电位和杂散电流。

为了便于说明方案一的工作原理，如图2、3，仅保留线路首末车站位置处的直牵所(DTS)10a和直牵所(DTS)10z，以及列车6运行区间两侧车站位置处的直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n，省略其余直牵所(DTS)10。

结合本发明方案一如图2所示，具体接线方式如下：

主变电所7a、7b的输出正极端71均连接至高压直流正母线8，

主变电所7a、7b的输出负极端72均连接至高压直流负母线9；

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输入正极端101均连接至高压直流正母线8，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输入负极端102均连接至高压直流负母线9，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输出正极端103均连接至牵引网4，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输出零极端104均连接至走行轨5。

本发明方案一工作过程如下：

当列车6运行时，高压直流城市轨道交通牵引供电系统方案如图3所示，直牵所(DTS)10m的输入电流从主变电所7a和主变电所7b的输出正极端71进入高压直流正母线8，经过输入正极端101进入直牵所(DTS)10m，然后从输入负极端102进入高压直流负母线9，最终通过输出负极端72返回主变电所7a和主变电所7b；

同时，直牵所(DTS)10n的输入电流从主变电所7a和主变电所7b的输出正极端71进入高压直流正母线8，经过输入正极端101进入直牵所(DTS)10n，然后从输入负极端102进入高压直流负母线9，最终通过输出负极端72返回主变电所7a和主变电所7b；因此，直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n均从主变电所7和高压直流母线获取能量，并为列车6提供能量：

此时一部分牵引电流从直牵所(DTS)10m的输出正极端103进入牵引网4，到达列车6后，电流流入列车6和直牵所(DTS)10m之间的走行轨5，最终从输出零极端104返回直牵所(DTS)10m；

另一部分牵引电流从直牵所(DTS)10n的输出正极端103进入牵引网4，到达列车6后，电流流入列车6和直牵所(DTS)10n之间的走行轨5，最终从输出零极端104返回直牵所(DTS)10n；两部分电流共同形成一个完整的直流供电回路。

为进一步降低系统中轨道电位和杂散电流，本发明采用方案二如下所示：

本发明所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统，主要包括：

两个主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9、若干直牵所(DTS)10、回流线11和若干直耦所(DAS)12，直牵所(DTS)10包括：多功能直流变压器；

其中，主变电所7安装在整条城市轨道交通线路的两侧，高压直流正母线8、高压直流负母线9和回流线11沿城市轨道交通线路设置，在每个车站中至多安装一个直牵所(DTS)10，在两个相邻直牵所(DTS)之间的车站或线路上安装有若干直耦所(DAS)12。

采用高压直流城市轨道交通牵引供电系统后，连接方式为：

主变电所7的输出正极端71连接至高压直流正母线8，主变电所7的输出负极端72连接至高压直流负母线9；

直牵所(DTS)10的输入正极端101连接至高压直流正母线8，输入负极端102连接至高压直流负母线9，输出正极端103连接至牵引网4，输出零极端104连接至走行轨5，输出负极端105连接至回流线11；

直耦所(DAS)12的正极端121连接至牵引网4，零极端122连接至走行轨5，负极端123连接至回流线11。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，主变电所7把输入的交流电压降压后整流成高压直流电(比如±10kV)，通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直牵所(DTS)10；或者主变电所7把输入的直流高压配电网的电压直接通过高压直流正母线8和高压直流负母线9配送到沿途各个直牵所(DTS)10。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，直牵所(DTS)10中多功能直流变压器能量双向流动，可将列车制动产生的大量能量，由低压侧传递至高压侧，此时高压直流母线和牵引网上所有直流电容都能成为列车制动时的能量缓存器，进而避免制动能量以电阻散热的形式所浪费，有效地提高列车制动能量利用率。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，直牵所(DTS)10中多功能直流变压器开关频率远高于工频，凭借其高功率密度特性可直接安装在车站中，此时直牵所(DTS)10之间的间距最短为车站之间的间距，从而降低城市轨道交通牵引供电系统中的轨道电位和杂散电流。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，若直牵所(DTS)10均已在各个车站中安装，通过在相邻直牵所(DTS)10之间的线路上设置多个直耦所(DAS)12，可以进一步降低系统中轨道电位和杂散电流。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统，直牵所(DTS)10的输出正极端103和输出负极端105以输出零极端104为对称，构成正负电压对称的直流自耦变压器，此时直牵所(DTS)10兼具直耦所(DAS)12的功能。

为了便于说明方案二的工作原理，如图4(a)、(b)所示，仅保留线路首末车站位置处的直牵所(DTS)10a和直牵所(DTS)10z，以及列车6运行区间两侧车站位置处的直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n，省略其余直牵所(DTS)10；

直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n之间以设置两座直耦所(DAS)12为例，即直耦所(DAS)12a和直耦所(DAS)12b，省略其余直耦所12。

结合本发明方案二如图4(a)所示，具体接线方式如下：

主变电所7a、7b的输出正极端71均连接至高压直流正母线8，

主变电所7a、7b的输出负极端72均连接至高压直流负母线9；

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输入正极端101均连接至高压直流正母线8，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输入负极端102均连接至高压直流负母线9，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输出正极端103均连接至牵引网4，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输出零极端104均连接至走行轨5，

直牵所(DTS)10a、10m、10n和10z的输出负极端105均连接至回流线11；

直耦所(DAS)12a、12b的正极端121均连接至牵引网4，

直耦所(DAS)12a、12b的零极端122均连接至走行轨5，

直耦所(DAS)12a、12b的负极端123均连接至回流线11。

本发明方案二工作过程如下：

当列车6运行时，高压直流城市轨道交通牵引供电系统方案如图4(b)所示，直牵所(DTS)10m的输入电流从主变电所7a和主变电所7b的输出正极端71进入高压直流正母线8，经过输入正极端101进入直牵所(DTS)10m，然后从输入负极端102进入高压直流负母线9，最终通过输出负极端72返回主变电所7a和主变电所7b；

同时，直牵所(DTS)10n的输入电流从主变电所7a和主变电所7b的输出正极端71进入高压直流正母线8，经过输入正极端101进入直牵所(DTS)10n，然后从输入负极端102进入高压直流负母线9，最终通过输出负极端72返回主变电所7a和主变电所7b；因此，直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n均从主变电所7和高压直流母线获取能量，并为列车6提供能量：

此时一部分牵引电流，通过直牵所(DTS)10m的输出正极端103传递到牵引网4，经牵引网4传输到列车6；

另一部分牵引电流，通过直牵所(DTS)10n的输出正极端103传递到牵引网4，经牵引网4传输到列车6；

从列车6返回到直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n的电流，先通过列车6传输到走行轨5，分别通过直耦所(DAS)12a和直耦所(DAS)12b转移到回流线11，最后通过直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n的输出负极端104，将回流线11电流分别返回到直牵所(DTS)10m和直牵所(DTS)10n。

为应用于干线铁路或城际铁路，本发明采用方案三如下所示：

本发明所述的高压直流城市轨道交通牵引供电系统扩展至干线铁路或城际铁路，即称之为高压直流铁路牵引AT供电系统，主要包括：

若干主变电所7、高压直流正母线8、高压直流负母线9和若干直耦所(DAS)12；

其中，主变电所7将输入的110kV或220kV交流电降压整流为高压直流电(如±10kV)；

所述主变电所7的输出正极端71连接至高压直流正母线8，即作为牵引网给运行列车供电，输出负极端72连接至高压直流负母线9，输出零极端73连接至走行轨5；

两个主变电所7之间设置多个直耦所(DAS)12，且所述直耦所(DAS)12的正极端121、零极端122和负极端123分别连接至高压直流正母线8、走行轨5和高压直流负母线9；

高压直流正母线8进入到列车后，其上的直流电压通过车载电力电子牵引变压器把高压直流变换为列车牵引所需的交流三相VVVF电压和辅助电源电压。

高压直流铁路牵引AT供电系统，主变电所7即为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引变电所，高压直流正母线8即为高压直流铁路牵引AT供电系统中的牵引网，高压直流负母线9即为高压直流铁路牵引AT供电系统中的回流线。

高压直流铁路牵引AT供电系统，主变电所7的输出正极端71和输出负极端72以输出零极端73为对称，电压大小相等方向相反，构成正负电压对称的直流自耦变压器，此时主变电所7兼具直流自耦变压器所12的功能。

高压直流铁路牵引AT供电系统，相比于现有单相交流制牵引供电系统有很多优势：一是彻底解决了电网的负荷不平衡问题；二是彻底解决了列车过分相问题；三是不仅解决了无功和谐波问题，还能解决交流牵引后新出现的车网振荡问题；四是降低了车载电力电子牵引变压器的成本、体积和重量。

为了便于说明方案三的工作原理，如图5(a)、(b)所示，仅保留线路首末位置处的主变电所7a和主变电所7z，以及列车6运行区间两侧的主变电所7m和主变电所7n，省略其余主变电所7；

主变电所7m和主变电所7n之间以设置两座直耦所(DAS)12为例，即直耦所(DAS)12a和直耦所(DAS)12b，省略其余直耦所12。

结合本发明方案三如图5(a)所示，具体接线方式如下：

主变电所7a、7m、7n和7z的输出正极端71均连接至高压直流正母线8，

主变电所7a、7m、7n和7z的输出负极端72均连接至高压直流负母线9，

主变电所7a、7m、7n和7z的输出零极端73均连接至走行轨5；

直耦所(DAS)12a、12b的正极端121均连接至高压直流正母线8，

直耦所(DAS)12a、12b的零极端122均连接至走行轨5，

直耦所(DAS)12a、12b的负极端123均连接至高压直流负母线9。

本发明方案三工作过程如下：

当列车6运行时，高压直流铁路牵引AT供电系统方案如图5(b)所示，此时一部分牵引电流，通过主变电所7m的输出正极端71传递到高压直流正母线8，经高压直流正母线8传输到列车6；

另一部分牵引电流，通过主变电所7n的输出正极端71传递到高压直流正母线8，经高压直流正母线8传输到列车6；

从列车6返回到主变电所7m和主变电所7n的电流，先通过列车6传输到走行轨5，分别通过直耦所(DAS)12a和直耦所(DAS)12b转移到高压直流负母线9，最后通过主变电所7m和主变电所7n的输出负极端72，将高压直流负母线9上的电流分别返回到主变电所7m和主变电所7n。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

高压直流城市轨道交通牵引供电系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。