近年来，电气化铁路的高速化、重载化发展对牵引供电系统的可靠性与稳定性提出了更高要求。我国电气化铁路采用的是单相工频交流供电方式，其中的电分相环节会造成供电断点。目前列车采用的断电过分相方式一方面会导致运行速度损失，制约列车的高速重载运行，造成系统运能损失；另一方面，列车断电过电分相过程中会引发暂态过电压、过电流及弓网燃弧的现象，损坏车载设备和供电设备，威胁列车的安全、可靠运行。

针对过分相问题，现有解决方案主要有不断电过分相技术、同相供电技术以及中压直流牵引供电技术。其中，同相供电技术与中压直流牵引供电技术都需对现有牵引供电系统进行大规模改造，不利于在既有线路上进行推广应用。

因此，在不改变既有牵引供电系统结构的基础上研究列车不断电过分相技术，对于实现列车的高速、重载运行，充分发挥既有线路运能，具有重大的现实意义。理想的过分相技术应具备如下功能：①列车全程不断电，实现无速度损失；②列车受电弓电压不突变、弓网无电流分断，避免暂态过电压和弓网燃弧问题。

为此，国内外学者提出了多种列车不断电过分相技术，主要可分为开关式自动过分相和柔性式自动过分相两类。其中，开关式通过机械开关或电子开关的快速投切，实现中性线上的电压切换，以此实现列车的不断电过分相。然而，机械开关难于精确控制分/合闸的相位，导致过电压、过电流、电弧等暂态问题，并且还存在开关切换时间长、开关寿命短等问题；电子开关可精确控制分/合闸相位，切换时间较短，但依然存在断电过程，也无法解决弓网带电流分断导致的拉弧问题。

柔性式自动过分相利用变流设备将电能从供电臂传输到中性区，保障列车过分相全过程不断电，并能抑制暂态问题。研究者提出了基于传统背靠背变流器方案和基于两相式模块化多电平变换器（Moduar Multilevel Converter, MMC）方案，利用电压变频移相实现了列车不间断供电。

在此基础上，有学者采用三相式MMC提高装置可靠性。而有的学者则利用功率控制解决弓网带电流分断导致的拉弧问题。但是，为匹配列车运行功率，上述方案所需的变流设备容量极大，为此，变流设备串接变压器向中性区供电的方案被提出，此类方案可有效减少变流器容量，节省系统投资成本。但此类方案仅关注中性线电压控制以实现不间断供电，未考虑不断电过分相时弓网大电流分断问题，因此无法完全解决过电压、电弧等暂态问题。

为此，西南交通大学电气工程学院等单位的研究人员提出一种基于背靠背变流器（Back- To-Back Converter, BTBC）的柔性不断电过分相系统（Flexible Uninterrupted Phase-separation-passing System, FUPS）。该系统通过背靠背变流器连接电分相两侧的供电臂，单相逆变器从背靠背变流器的直流侧引出并串接移相变压器后连接至中性线，该结构可有效降低逆变器等变流设备的容量，以实现列车过分相全过程不断电、无过电压与不拉弧。

他们首先详细分析所提系统的工作原理；随后，提出相应的电压柔性切换、功率主动调整的控制策略；然后，通过Simulink仿真和RT-Lab硬件在环实验，验证了该系统与控制策略的有效性；最后，结合电气化铁路的实际情况，分析所提方案在不同应用场景下的变流设备容量需求，并给出了应用建议。

图1 FUPS总体控制框图

研究人员的仿真与实验结果表明，所提方案可实现列车过分相全过程不断电与弓网无电流分断，进而可有效避免过电压、电弧等暂态问题的发生，为充分发挥电气化铁路运能、提升系统可靠性提供保障。此外，通过分析所提FUPS在不同应用场景下的变流设备容量需求，探讨了其适用性，结果表明，该系统比较适用于两侧供电臂电压相位差较小的电分相，如V/v（V/x）接线牵引变压器的牵引变电所和所有的分区所。

本文编自2021年第23期《电工技术学报》，论文标题为“电气化铁路列车柔性不断电过分相系统及其控制策略”，作者为黄毅、胡海涛 等。