城轨地铁车辆辅助电源系统研究

城轨地铁车辆辅助电源系统研究

汤龙

徐州地铁运营有限公司 江苏 徐州 221000

摘要：SIV启动是城轨地铁车辆辅助电源中的主要控制方式，具有启动时间短、无电动冲击等诸多优势。文章将从运行原理、蓄电池充电器、辅助系统电源、实现方案四个方面进行详细分析，旨在促进我国交通轨道电气设备研究。

关键词：辅助电源；城轨地铁；控制体统

城轨地铁车辆有多个部分组成，其中辅助电源系统担负着额外电气装置供电任务，确保制动、牵引等装置、变压器冷却油泵、风机、水泵、空气压缩机等辅助电动机能够正常运转^[1]。如果地铁车辆辅助电源系统长时间出现问题，除机车牵引系统外，多种辅助装置都会停止工作，将会对城轨地铁车造成重大影响。机车辅助系统主要由两个部分组成：直流电源与辅助电源系统。每部列车上配备两台辅助逆变器，将接触网（1500v）进行逆变处理并为车辆提供三项交流电（50HZ、380v），确保空压机、电暖器、空调、点灯等设备能够常态运行。两台辅助逆变器在发生故障时，其中一台可以扩大功能使用范围，确保整辆车能够正常供电，保证其它辅助电动机能够正常工作。

1 运行原理

1.1处理电流

辅助电源装置能够处理电流，在输入滤波电路后，可以减小接触网所提供的电流波纹，并将DC电源整流波纹转化为高谐波电流，以便流入到变流器当中。

1.2控制相符

变流器（恒压、恒频）本身可以产生三相交流电压，变流器本身采用PWM（3级）控制方法^[2]。

1.3电压隔离

控制器能够输出交流电路，将滤波电路进行转化，隔离1500V接触网与380V电路。

1.4提供电力

蓄电池能够满足城轨地铁车的一般充电（110V）需求，确保24VDC与110VDC两项控制电路都能够得到持续的电力能源。

2 蓄电池充电器

蓄电池本身作用是为城轨地铁车中各项线路充电。蓄电池充电器可以借助HCT反馈系统获取反馈信息，经过分析比较后确定城轨地铁车输出定额电压、电流，以此满足城轨地铁车供电需求。蓄电池充电器输出电压前后发生改变主要是通过模拟/数字转换器进行转化，并让AC390同步相位，产生IGBT所需的闸机脉冲，提供满足系统要求的稳定电压（DC24V）。蓄电池充电器电路基本控制方法流程主要为：

控制电路

低电压控制器

大电流控制器

电流：110V+3%~110V-3%

过电流条件下控制输出电流≤110%

低电压控制器可以用于调节电压，大电流控制器确保电流平衡，有利于确保电路控制的安全性。

3 辅助系统电源

城轨地铁车辆辅助电源系统属于交流电系统，能够生成列车所需的三项交流电压，确保动车、机车辅助系统生的电气设备有符合需求的电能运行。辅助变流器有多种分型方法：（1）输入侧差异：直—交型和交—直—交型；输出不同：变压变频与恒压恒频逆变器；电平级数：两电和三电电平辅助。城轨地铁车辆辅助逆变器主要为CVCF，但也有用于满足不同状态下调节电压与频率的VVVF，单一列车上的VVVF与CVCF结构基本相同，但控制方式有一定差异性。电平辅助主要用于控制输出波形、处理耐压等级，三电平辅助在处理优势上较为明显，但整体操作较为繁琐。现今随着技术水平提升，二电平辅助处理技术明显提升，结构与控制相对比较简单，已经被广发应用。

4 直—交型和交—直—交型辅助变流器实现方案

4.1交—直—交型辅助变流器

该变流器运转过程中需要由辅绕组提供专项供电。交—直—交型主要是指三相逆变器、中间直流回路、网侧变流器。该型号辅助电流器工作过程中，接触网所承受的电压波动比加大，因此输入电流（单项）也会发生较大波动^[3]。为了确保在中间直流回路电流稳定性，必须采用可以控制整流电路。整流电路可以分为相控与脉冲两种。前者使用较早，并具备多种使用优势，结构简单、操作便捷、性价比高，但网测功率因素不高。后者作为先进电子技术典型代表已经逐渐取代了相控整流器，能够稳定功率因素（近于1），响应效果佳。

4.2直—交型辅助变流器

该变流器取电方式与交—直—交型辅助变流器差异明显，可以从牵引变流器的中间直流回路直接取电，或者从城轨地铁车辆直流电网直接取电。该变流器使用较为方便，已经被广泛使用于机车、城轨地铁车辆中。直—交形式输入电流模式导致接入电压较高，为了满足设备电压要求，需配以降压设备改变输入电压。用于改变输入电流模式的电压设备主要为两种：（1）先逆变，再降压。逆变后再借助三相降压变压器改变电流电压；（2）先降压，再逆变。先使用三相降压变压器降压后再对其进行逆变^[4]。

实际应用过程中为了提升降压后电流品质，一般会增加滤波确保电流稳定性，在（1）输入电流改变模式中，滤波设置主要被安装于降压器之前，逆变器之后；在（2）输入电流改变模式中，则需要安装于逆变器之后。

4.3直流电源系统

该系统主要为控制系统与列车照明提供电能（DC 110V）。部分型号动车组为了转化方便，会采用CRH5型号车辆，减少转化电压这一程序，但也会造成耗损大、抗干扰能力弱等问题。这是因为母线电压不足，在做同等功率时需要使用大额电流，增加对于电缆线路直径要求，加大电流耗损。该系统主要包括蓄电池与充电机两个部分，一般情况下有蓄电池为充电机提供电能（三相恒压、恒频电流）但如果电网没电时则改变运作模式，由充电机逆向提供电流^[5]。

结语：

城轨地铁车辆是城市交通运行的重要保障。辅助电源系统可以为列车提供电能，确保辅助系统的正常运行。如果辅助电源系统无法有效工作，将会导致列车辅助系统瘫痪，因此辅助电源系统具有非常重要的安全意义。虽然多数列车会配备两台辅助逆变器用以应对紧急情况，但仍然需要注重系统的安全性与稳定性，工作人员了解辅助电源系统工作原理，可以及时修复故障问题，避免辅助逆变器停摆对列车运行造成影响。

参考文献：

[1] 赵心颖.试论地铁车辆辅助变流器直流试验电源系统设计[J].科学技术创新,2018,(32):168-169.

[2] 徐丽宾,叶傲嘉,王长亮, 等.地铁车辆辅助变流器直流试验电源系统设计[J].技术与市场,2017,24(7):306..

[3] 刘凯,朱晓强,王新艳.地铁车辆辅助电源系统充电机模拟装置设计[J].信息系统工程,2015,(8):34-35.

[4] 罗曦春.昆明地铁车辆辅助电源系统及典型故障处理[J].轨道交通装备与技术,2015,(3):21-24.

[5] 王成波.基于交错Buck电路的车载充电机控制系统研究[J].电气工程,2019,7(02):130-135.