具体实施方式

为了本发明的技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用于理解本发明，并不用于限定本发明，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明半容量同相供电变流器电路原理图，由多绕组变压器和三相-单相AC-AC变流器组成。的多绕组变压器包括七个绕组，第一绕组的一个连接端子为T1，第一绕组的另外一个连接端子连接到N1点；第二绕组的一个连接端子为T2，第二绕组的另外一个连接端子连接到N1点；第三绕组的一个连接端子为T3，第三绕组的另外一个连接端子连接到N1点；第四绕组的一个连接端子为T4，第四绕组的另外一个连接端子连接到N2点；第五绕组的一个连接端子为T5，第五绕组的另外一个连接端子连接到N2点；第六绕组的一个连接端子为T6，第六绕组的另外一个连接端子连接到N2点；第七绕组的一个连接端子为T7，第七绕组的另外一个连接端子为T8；三相-单相AC-AC变流器有Ta、Tb、Tc、Tx、Ty五个连接端子；多绕组变压器绕组端子T1连接到三相交流电网的A相，T2连接到三相交流电网的B相，T3连接到三相交流电网的C相；T4连接到三相-单相AC-AC变流器的Ta端子，T5连接到三相-单相AC-AC变流器的Tb端子，T6连接到三相-单相AC-AC变流器的Tc端子；T7连接到三相-单相AC-AC变流器的Ty端子，T8连接到钢轨；三相-单相AC-AC变流器的Tx端子连接到接触网。

多绕组变压器绕组电压u_T4N2与u_T1N1同相位，u_T5N2与u_T2N1同相位，u_T6N2与u_T3N1同相位，u_T7T8与u_T3N1同相位；多绕组变压器绕组电压u_T4N2、u_T5N2、u_T6N2、u_T7T8和三相-单相AC-AC变流器的连接端子电压u_TxTy的幅值都相等，且均为接触网与钢轨之间供电电压的1/2。

三相-单相AC-AC变流器的Ta、Tb和Tc连接端子的输入电流分别为i_a、i_b和i_c，多绕组变压器绕组第七绕组端子T7的输出电流为i_f；用α表示滞后120°电角度算子，αx表示比实时变量x滞后120°电角度的瞬时值，α²x表示比实时变量x滞后240°电角度的瞬时值；i_f的正序分量按如下方法获得：i_fa+＝α²i_f/3，i_fb+＝αi_f/3，i_fc+＝i_f/3。i_f的负序分量按如下方法获得：i_fa-＝αi_f/3，i_fb-＝α²i_f/3，i_fc-＝i_f/3。

A相电网正弦交流电压的实时相位为θ，B相电网正弦交流电压的实时相位为θ-120°，C相电网正弦交流电压的实时相位为θ-240°，i_fa+、i_fb+和i_fc+的无功分量按如下方法获得：

i_fa+q＝I_qf+×cos(θ)，i_fb+q＝I_qf+×cos(θ-120°)，i_fc+q＝I_qf+×cos(θ-240°)。其中，I_qf+＝[i_fa+×cos(θ)+i_fb+×cos(θ-120°)+i_fc+×cos(θ-240°)]×2/3。

图2为本发明半容量同相供电变流器中三相-单相AC-AC变流器的一种具体实施方案的电路原理图，由6N个功率模块PM组成，其中N为正整数，功率模块PM可以选择半桥、全桥等电路。三相-单相AC-AC变流器的端子Ta、Tb、Tc、Tx、Ty与正极P之间均是分别串联连接N个功率模块PM和一个电感L；三相-单相AC-AC变流器的端子Ta、Tb、Tc、Tx、Ty与负极N之间也均是分别串联连接N个功率模块PM和一个电感L。

图3为图2中三相-单相AC-AC变流器的控制策略框图，直流电压外环参考值u_{PN_ref}与直流电压反馈值u_PN做差经过PI调节器生成电流内环正序有功电流参考值的幅值I_+p。I_+p分别乘以sin(θ)、sin(θ-120°)、sin(θ+120°)得到三相正序有功电流参考值i_{a+p_ref}、i_{b+p_ref}、i_{c+p_ref}。

i_{a+p_ref}-i_fa--i_fa+q＝i_{a_ref}，i_{a_ref}与i_a作差之后经过PR调节器并减去u_T4N2之后作为u_{a_ref}，u_PN/2-u_{a_ref}作为Ta和P之间的PM参考电压，u_PN/2+u_{a_ref}作为Ta和N之间的PM参考电压；i_{b+p_ref}-i_fb--i_fb+q＝i_{b_ref}，i_{b_ref}与i_b作差之后经过PR调节器并减去u_T5N2之后作为u_{b_ref}，u_PN/2-u_{b_ref}作为Tb和P之间的PM参考电压，u_PN/2+u_{b_ref}作为Tb和N之间的PM参考电压；i_{c+p_ref}-i_fc--i_fc+q＝i_{c_ref}，i_{c_ref}与i_c作差之后经过PR调节器并减去u_T6N2之后作为u_{c_ref}，u_PN/2-u_{c_ref}作为Tc和P之间的PM参考电压，u_PN/2+u_{c_ref}作为Tc和N之间的PM参考电压。

u_{TxTy_ref}为接触网与钢轨之间供电电压的1/2，即u_{TxTy_ref}＝u_TxT8/2。u_PN/2-u_{TxTy_ref}/2作为Tx和P之间的PM以及Ty和N之间的PM的参考电压，u_PN/2+u_{TxTy_ref}/2作为Tx和N之间的PM以及Ty和P之间的PM的参考电压。

综上所述，多绕组变压器的原边绕组包括七个绕组，多绕组变压器的原边三个绕组连接到三相交流电网，多绕组变压器的三个副边绕组连接到三相-单相AC-AC变流器的输入侧，三相-单相AC-AC变流器的输出侧与多绕组变压器的第四个绕组串联之后连接到电气化铁路牵引接触网和钢轨。通过控制三相-单相AC-AC变流器的输入侧电流，来实现多绕组变压器的原边三个绕组单位功率因数运行，即输入电流不存在无功电流，且没有负序电流。三相-单相AC-AC变流器的单相输出侧电流与牵引变电所向接触网供电的电流相同，而输出电压和为接触网电压的一半，可以减小电力电子装置的容量和造价。