[0001] 本发明属于轨道交通供电系统技术领域，具体涉及一种城市轨道交通全柔性直流供电系统。

[0002] 国内配电网络普遍采用交流供电制式，传统交流配电网在完成为负荷供电任务的同时，还面临诸多挑战。

[0003] 一方面，用电需求多样化，直流负荷增多。大部分家电、办公自动化设备、工商业负荷(比如：LED照明、数据中心、电力机车、空调、电梯等)实际上都是直流供电。因此，传统配电网中需配以大量电力电子换流器，但大量使用换流器既会增加设备成本，同时也降低了电能整体效率与可靠性。

[0004] 另一方面，由于系统“互为备用”的需求，大量线缆、变压器需要冗余配置，导致我国交流配电网配电设备利用率低。同时，在交流电流作用下，由于电缆金属护套涡流的存在，将产生有功损耗，加上自身交流系统的无功损耗，使交流电网的线损远高于直流配电网。我国产业结构中高新技术产业的比例不断提高，使得电网中的敏感负荷越来越多，这些敏感负荷对电能质量要求较高，需要电压幅值和频率稳定、无浪涌、无谐波的高品质电能。传统城市配电网中，多数敏感负荷用户多通过UPS、APF、SVG等电力电子装置来提高用电质量，额外增加了系统的复杂性和成本。

[0005] 此外，新能源设备接入需求日益增多，小型风机、光伏电池、柴油发电机、燃料电池、储能电站、电动汽车充电站等单元多以直流电形式输出电能或可经简单整流变为直流电，必须通过DC‑AC变换器并辅以复杂的控制器来接入交流配电网，同样会降低系统的整体效率，抬升复杂性。

[0006] 相比于交流配电网，直流配电网具备以下优点：供电可靠性高、电能质量高、便于新能源设备接入、线路损耗低、设备利用率高、有利于电力优化调度，功率配置更灵活，配电网的直流化必将成为未来城市配网改造升级的一个重要方向。

[0007] 研究城市轨道交通的直流配电网相关技术，对建设更加可靠、稳定、经济、清洁的现代化智能轨道交通具有重要意义。

[0035] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0036] 目前国内城市轨道交通供电系统中压网络一般采用三相交流制，电压等级为AC35kV或者AC10kV，在牵引变电所内设置两套整流机组，经降压整流后给直流牵引网，接触网的电压等级一般为DC1500V或者DC750V，三相交流中压网络利用线缆较多、线路电能损耗较大，供电系统潮流难以调控，本发明提出的全柔性直流供电系统采用直流‑直流的系统架构，供电系统潮流可调可控、线路损耗低、运行方式灵活，并且可为新能源和储能设备接入提供接口，有利于延长系统供电距离，提升系统供电能力。

[0037] 全柔性直流供电系统外电源采用集中供电方式或者分散供电方式，中压环网采用双环网接线方案或者环接方案。以某工程线路为例，分别采用了集中式供电方式和分散式供电方式下的全柔性直流供电系统方案，该线路共设置11个变电所，若采用集中供电方式，需设置2座主变电所，若采用分散供电方式，需设置4座开闭所。图1为该工程的双环网方案集中供电方式全柔性直流供电系统正极示意图，图2为该工程的环接方案集中供电方式全柔性直流供电系统正极示意图，图5为该工程的双环网方案分散供电方式全柔性直流供电系统正极示意图，图6为该工程的环接方案分散供电方式全柔性直流供电系统正极示意图。

[0038] 实施例1

[0039] 如图1所示，对于中压网络采用双环网方案集中供电方式全柔性直流供电系统，在沿线单独建设主变电所为线路上的负荷供电，作为城市轨道交通内部供电系统与外部电源的接口，主变电所直接与大容量、高电压的电力系统互联，其外电源电压等级可采用三相交流110kV。主变电所的结构示意图如图3所示(双环网方案与环接方案的主变电所结构相同)，每个主变电所设两路外电源和两套换流装置，将外电源三相110kV或者三相35kV降压整流为DC±35kV/DC±20kV/DC±10kV或者DC±20kV/DC±10kV，输出直流电给直流中压母线，直流中压网络采用单极对称接线方式，中压网络的正负极母线之间均通过电阻或电容接地。中压网络为牵引动力照明混合网络，直流中压环网全线贯通。

[0040] 主变电所及线路上的各变电所(包括牵引变电所、降压变电所及牵引降压混合变电所)均采用单母线分段接线方案，其中，主变电所及线路首、末端变电所的分段母线之间设置母线联络开关，主变电所的母线联络开关常开，线路首、末端变电所的母线联络开关常闭。线路中间的其余变电所采用单母线分段接线方案，两段母线之间不设置母线联络开关。除线路首、末端变电所外的其余变电所均设两路进线、两路出线分别用来连接中间各变电所的Ⅰ段中压母线和Ⅱ段中压母线，线路首、末端变电所设置两路进线，其中，Ⅰ段环网电缆从主变电所Ⅰ段中压母线引出，分别连接至两个接入变电所的Ⅰ段中压母线，接入变电所的的Ⅰ段直流母线的出线作为相邻变电所的进线依次连接，使得主变电所与各变电所的Ⅰ段直流中压母线形成环网。Ⅱ段环网电缆从主变电所Ⅱ段中压母线引出，分别接入到两个相邻的接入变电所的Ⅱ段直流母线，接入变电所的的Ⅱ段直流母线的出线作为相邻变电所的进线依次连接，使得主变电所与各变电所的Ⅱ段直流中压母线形成环网。位于线路首末两端的变电所直接入Ⅰ段直流母线和Ⅱ段直流中压母线的进线。Ⅰ、Ⅱ段中压环网均为全线贯通，对线路上的每个变电所双边供电。中压环网中正极与负极的中压环网结构相同。

[0041] 正常运行方式下，主变电所的两路外电源同时分列运行，所有主变电所共同负担线路上的牵引负荷和动力照明负荷。当主变电所一路进线电源失电或者一套换流装置故障时，闭合该所母线联络开关，由另一路电源向线路上的负荷供电。当一座变电所内连接一段母线的一路环网电缆故障时，由另一路环网电缆向该段母线上的负荷供电。当一座主变电所两路进线电源失电时，该主变电所退出运行，由相邻的主变电所向全线的负荷供电。当变电所一段母线的两路环网电缆故障时，切除该段母线，由另一段母线给该变电所内的负荷供电。

[0042] 中压双环网中非首、末端的变电所结构如图4所示，在线路上的各变电所内设置两套能量路由器。能量路由器承接来自中压母线的直流电能，可输出三种不同制式与大小的电压，第一种为三相交流400V，第二种为直流±375V，第三种为直流1500V或者直流750V。AC400V母线采用单母线分段接线方案，设置常开母线联络开关，两段母线分别连接两套能量路由器的AC400V输出侧；DC±375V母线采用单母线分段接线方案，两段正极母线之间、两段负极母线之间分别设置常开母线联络开关，两段正极母线分别连接两个能量路由器的DC+375V输出侧，两段负极母线分别连接两个能量路由器的DC‑375V输出侧，正极母线与负极母线之间通过电阻或电容接地；DC1500V/750V母线采用单母线方案，两段母线分别连接两个能量路由器的DC+1500V/+750V及0V输出侧。两套能量路由器为冗余配置，当其中一套能量路由器退出运行时，闭合母线联络开关，由另一套能量路由器承担本所的负荷供电。

[0043] 实施例2

[0044] 如图2所示，对于中压网络采用环接方案的集中供电方式全柔性直流供电系统，主变电所采用单母线分段方案，两段母线之间设置母线联络开关，该母线联络开关常开。线路上的变电所均采用单母线分段接线方案，主变电所及线路中各变电所内的分段母线均设置母线联络开关，其中主变电所和接入主变电所出线的两个接入变电所的母线联络开关常开，其余各变电所的母线联络开关常闭，线路首、末端变电所与各自相邻的变电所之间设置环网联络开关，该环网联络开关常闭。除接入变电所外线路上的其余各变电所均设一路进线、一路出线，主变电所Ⅰ段中压母线的两条出线电缆分别连接至一座接入变电所的两段母线，主变电所Ⅱ段中压母线的两回出线电缆分别连接至另一座接入变电所的两段母线，两座接入变电所为相邻站。各变电所的Ⅰ段环网电缆从接入变电所的Ⅰ段中压母线引出后，间隔一个变电所连接至另一个变电所的Ⅰ段中压母线，各变电所的Ⅱ段环网电缆从接入变电所的Ⅱ段中压母线引出后，间隔一个变电所连接至另一个变电所的Ⅱ段中压母线。中压环网形成环接形式，对线路上的每个变电所双边供电。中压环网均全线贯通，正常运行方式下，所有主变电所共同负担线路上的牵引负荷和动力照明负荷。正极与负极的中压环网结构相同。当主变电所一路进线电源失电或者一套换流装置故障时，闭合该所母线联络开关，由另一路电源向线路上的负荷供电。当一座变电所内连接母线的一段环网电缆故障时，由另一路环网电缆向该变电所内的负荷供电。当变电所母线故障或者两路环网电缆故障时，该变电所退出运行。

[0045] 实施例3

[0046] 如图5所示，对于中压网络采用双环网方案的分散供电方式全柔性直流供电系统，外电源电压等级可采用三相交流35kV、三相交流10kV，设置开闭所作为轨道交通线路供电系统与外电源的接口，开闭所与变电所合建，将外电源三相交流35kV或者三相交流10kV整流为DC±35kV/DC±20kV/DC±10kV或者DC±10kV。如图7(a)所示，对于双环网方案的开闭所，开闭所设两路外电源和两套换流装置，直流中压网络采用单极对称接线方式，中压网络的正负极母线均通过电阻或电容接地。中压网络为牵引动力照明混合网络，直流中压环网全线贯通。

[0047] 开闭所及线路首、末端的变电所采用单母线分段方案，分段母线之间设置母线联络开关，开闭所母线联络开关常开，线路首、末端的变电所母线联络开关常闭。线路中间的变电所采用单母线分段接线方案，两段母线之间不设置母线联络开关。除线路首、末端变电所外的其余变电所均设两路进线、两路出线，分别用来连接中间各变电所的Ⅰ段中压母线和Ⅱ段中压母线，线路首、末端变电所设置两路进线，其中，Ⅰ段环网电缆从开闭所Ⅰ段中压母线引出，依次连接至各变电所的Ⅰ段中压母线，Ⅱ段环网电缆从开闭所Ⅱ段中压母线引出，依次连接至各变电所的Ⅱ段中压母线。Ⅰ、Ⅱ段中压环网均为全线贯通，对线路上的每个变电所双边供电。中压网络中正极与负极的中压环网结构相同。

[0048] 正常运行方式下，开闭所的两路进线电源分列运行，所有开闭所共同负担线路上的牵引负荷和动力照明负荷。当开闭所一路进线电源失电或者一套换流装置故障时，闭合该所母线联络开关，由另一路电源向线路上的负荷供电。当一座变电所内连接一段母线的一路环网电缆故障时，由另一路环网电缆向该段母线上的负荷供电。当一座开闭所两路进线电源失电时，该开闭所退出运行，由相邻的开闭所向全线的负荷供电。当变电所一段母线的两路环网电缆故障时，切除该段母线，由另一段母线给该变电所的负荷供电。

[0049] 实施例4

[0050] 如图6所示，对于中压网络采用环接方案的分散供电方式全柔性直流供电系统，开闭所与变电所合建，将外电源三相交流35kV或者三相交流10kV整流为DC±35kV/DC±20kV/DC±10kV或者DC±10kV。如图7(b)所示，对于双环网方案的开闭所，开闭所设两路外电源和两套换流装置，两套换流装置可以设置在同一座变电所，也可设置在两座相邻的变电所内。两套换流装置的出线分别接至不同的变电所。直流中压网络采用单极对称接线方式，中压网络的正负极母线均通过电阻或电容接地。中压网络为牵引动力照明混合网络，直流中压环网全线贯通。

[0051] 开闭所的接入变电所和线路中的其余变电所均采用单母线分段接线方案，线路中各变电所内的分段母线均设置母线联络开关，其中接入开闭电所出线的两个接入变电所的母线联络开关常开，其余各变电所的母线联络开关常闭；除接入变电所外线路上的其余各变电所均设一路进线、一路出线，开闭所换流装置的两条出线电缆分别连接至一座接入变电所的两段母线，开闭所另一换流装置的两条出线电缆分别连接至相邻的另一座接入变电所的两段母线；线路上的Ⅰ段中压环网电缆从接入变电所的Ⅰ段中压母线引出两路出线，每路间隔一个变电所与下一个变电所的Ⅰ段中压母线连接，Ⅱ段中压环网电缆从接入变电所的Ⅱ段中压母线引出两路出线，每路间隔一个变电所连接至下一个变电所的Ⅱ段中压母线；中压环网形成环接形式，对线路上的每个变电所双边供电。正常运行方式下，所有开闭所共同负担全线的牵引负荷和动力照明负荷。当开闭所一路进线电源失电时，该开闭所退出运行，由其它开闭所向故障范围内的负荷供电。当一座变电所内连接母线的一段环网电缆故障时，由另一路环网电缆向该段母线上的负荷供电。当变电所母线故障时，该变电所退出运行。

[0052] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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。

[0053] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。