新型冷鏈運輸列車供電系統(tǒng)研究

彭自堅 陳湘

摘要：針對目前鐵路冷鏈物流供電方式局限性 ，本文結(jié)合電力機車及冷鏈物流運輸?shù)奶攸c提出了一種新型冷鏈運輸列車供電系統(tǒng)，詳細的介紹了該系統(tǒng)工作原理、關(guān)鍵參數(shù)計算，為后續(xù)機車冷鏈物流供電系統(tǒng)設(shè)計提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：列車供電系統(tǒng);AC380V; 冷鏈運輸

0 ?引言

隨著我國經(jīng)濟社會發(fā)展和人民群眾生活水平不斷提高，冷鏈物流需求日趨旺盛，市場規(guī)模不斷擴大，冷鏈物流行業(yè)實現(xiàn)了較快發(fā)展。對比傳動公路和航空冷鏈運輸，鐵路冷鏈物流運輸具有運量大，成本低等特點。同時鐵路相比公路小公司運營具備更嚴格的質(zhì)量管理。

目前鐵路冷鏈物流列車供電為單一的供電形式，主要有發(fā)電車AC380V集中供電和柴電一體冷藏集裝箱自供電。

發(fā)電車AC380V集中供電采用機車加掛一節(jié)柴油發(fā)電車對冷藏集裝箱進行集中供電，輸出三相交流380V/50Hz電源。此方式發(fā)電車需要占用一節(jié)列車編組位置，需要專人值守，存在運用成本高，環(huán)境污染大等缺點，柴油發(fā)電還存在機車燃油泄露，有一定的火災(zāi)隱患。

柴電一體冷藏集裝箱為每個冷藏集裝箱自帶柴油發(fā)電機進行自供電。此方式使用靈活，編組方便，但冷藏箱自重大，載重小，環(huán)境污染大且一般只適合短距離運輸。

為了解決現(xiàn)有鐵路冷鏈物流供電方式的局限性，在電力機車上增加混合動力冷鏈運輸供電系統(tǒng)以提高冷鏈物流列車的適應(yīng)性。列車供電系統(tǒng)正常工作時采用電力機車AC380V為冷藏車箱供電，在無電區(qū)或機車供電故障情況下才采用蓄電池供電。蓄電池組常處于待機狀態(tài)，避免蓄電池組的頻繁充放電而降低系統(tǒng)使用壽命。蓄電池組只作為應(yīng)急供電，所需容量比單蓄電池供電方式容量小很多。有效降低蓄電池體積和成本。且由于蓄電池采用電力機車380V電源充電，無需額外的充電時間，提高使用效率。同時也省去了單蓄電池供電方式需要配套的充電樁，有效的降低系供電統(tǒng)成本。

1 ?工作原理

1.1 電氣系統(tǒng)參數(shù)

電力機車新型混合動力冷鏈運輸列車供電系統(tǒng)如圖1所示，正常工作時采用電力機車輸出3AC380V為冷藏車廂供電，在無電區(qū)或機車供電故障情況下才采用蓄電池供電。該系統(tǒng)的主電路為整流單元+逆變單元+隔離濾波單元+冷藏集裝箱自帶蓄電池單元，系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的AC380V電源。

主要參數(shù)：

額定輸入電壓：AC860V/50Hz

額定輸出電壓：3AC400V/50Hz

控制精度：±5%

輸出電壓諧波含量：≤5%

效率：≥90%

1.2 主電路說明

牽引變壓器從25kV弓網(wǎng)取電，整流單元將輸入的單相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，中間直流濾波單元對直流電壓進行濾波和穩(wěn)壓，逆變單元3將直流電逆變成三相交流電，然后通過隔離變壓4進行隔離降壓，利用變壓器4的阻抗與電容C2組成濾波電路對輸出交流電壓進行濾波處理，使其輸出穩(wěn)定正弦的AC380V電源。隔離變壓器能避免前端的異常高壓傳遞到冷藏車箱，使用電設(shè)備更加安全可靠。

AC380V電源通過車端供電連接器連接至冷藏車箱的380V貫通母線，每一節(jié)冷藏車箱單獨從380V貫通母線取電，閉合交流接觸器KM2后，AC380電源直接為負載制冷機組7供電。同時也可通過雙向整流/逆變單元5將交流整流成直流電向蓄電池組6充電。

當在無電氣化鐵路條件或機車供電故障需要蓄電池供電時候，斷開交流接觸器KM2，蓄電池組7進行放電經(jīng)過雙向整流/逆變單元5將直流逆變成AC380V后給負載制冷機組7供電。

1.3 關(guān)鍵器件選型說明

1.3.1 IGBT元件選型說明

額定輸出功率為300kW，其最大輸出電流可以按下式計算：

式中：P——額定輸出功率;U1——模塊額定輸入電壓;？茁1——模塊最小輸入電壓系數(shù);？濁1——功率因數(shù);？濁2——效率。

逆變器元件電壓定額按下式計算：

式中：Ud——輸出直流電壓有效值;K1——過電壓系數(shù);USP——元件關(guān)斷時的尖峰電壓;K2——安全系數(shù)。

逆變器元件電流定額按下式計算：

式中：IO——模塊最大電流有效值;？琢1——電流尖峰系數(shù);？琢2——溫度降額系數(shù);？琢3——過載系數(shù)。

采用額定電壓3300V、額定電流1200A的IGBT元件可以滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。

1.3.2 支撐電容紋波電流計算

根據(jù)文獻[3]，電容紋波電流有效值為：

式中：？姿—Δu/U;Δu—直流母線電壓動;U—電容兩端紋波電壓值;fs—整流輸出頻率;tc、tf—直流母線電容充、放電時間;IO.rms—逆變輸出電流額定值;M—調(diào)制比;cos ？漬—功率因數(shù)。

2 ?結(jié)束語

本文針對目前列車冷鏈物流供電系統(tǒng)的局限性，結(jié)合電力機車及冷鏈物流運輸?shù)奶攸c，介紹一種新型冷鏈運輸列車供電系統(tǒng)，詳細的介紹了該系統(tǒng)工作原理、關(guān)鍵參數(shù)計算，為后續(xù)機車冷鏈物流供電系統(tǒng)設(shè)計提供了借鑒。

參考文獻：

[1]林輝，王輝.電力電子技術(shù)[M].武漢：武漢理工大學出版社，2002.

[2]蔡杰，陳湘，李自然，等.動力集中動車組DC600V列車供電裝置研制[J].機車電傳動，2017（5）：44-47.

[3]王世平，陳燕平，熊輝，等.DC-link紋波電流分析與研究 ?[J].機車電傳動，2016（1）：35-37.

[4]趙玉玲，康明明，陳勇，成本權(quán).快捷貨運電力機車與貨車供電匹配技術(shù)方案研究[J].內(nèi)燃機與配件，2019（09）：225-227.

作者簡介：彭自堅（1985-），男，湖南湘潭人，現(xiàn)為株洲中車時代電氣軌道交通技術(shù)中心工程師，研究方向為列車供電系統(tǒng)。