地鐵車輛輔助供電系統(tǒng)的研究與認(rèn)識

白雁翔 郭 帥 吳海強(qiáng)

武漢地鐵集團(tuán)運(yùn)營有限公司 湖北 武漢430000

1 輔助供電系統(tǒng)概述

輔助電源系統(tǒng)是車輛上除牽引供電之外,為其他交流和直流負(fù)載供電的一套系統(tǒng)。輔助電源系統(tǒng)不僅為車輛提供空調(diào)、壓縮機(jī)、交流插座等所需要的交流電源,同時(shí)提供列車低壓控制系統(tǒng)所需要的直流電源。對車輛牽引系統(tǒng)、車門系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、乘客信息系統(tǒng)以及各個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的作用。并網(wǎng)型供電方式的輔助系統(tǒng)具有較高的冗余性和可用性高,能最大限度的減少了列車三相380 V 電纜布置,同時(shí)不需要擴(kuò)展供電設(shè)備,也避免了擴(kuò)展供電切換造成的沖擊。

2 輔助供電系統(tǒng)的主要模塊及功能

輔助供電系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備多由集成度較高的模塊組成,主要模塊有:DC/DC變換器模塊、PWM逆變模塊、蓄電池充電機(jī)模塊。

2.1 DC/DC變換器模塊DC/DC變換器模塊是眾多電子器件集合而成的電源模塊。整個(gè)DC/DC 模塊包括DC/DC 變換器、整流器、隔離變壓器、電容等。功能模塊圖如圖1所示,它將輸入端不穩(wěn)定、易波動(dòng)變化的電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定可控的直流電壓。從而為后續(xù)的PWM逆變模塊和蓄電池充電機(jī)模塊提供穩(wěn)定輸入。其中隔離變壓器的主要作用是使逆變器的輸入、輸出端相互隔離。

圖1 DC/DC模塊功能圖

2.2 PWM逆變器模塊PWM逆變器模塊作為一種高集成度的電源模塊,其主要作用是將DC/DC變換器模塊輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓。其功能模塊圖如圖2所示,位于輸入端的電容器構(gòu)成能量存儲裝置及中間直流環(huán)節(jié)電壓電路。電容器不但能吸收因IGBT開關(guān)而出現(xiàn)在中間直流環(huán)節(jié)電壓電路中的交流紋波電流,同時(shí)可以將無功功率傳送至連接在PWMI輸出端的AC負(fù)載。

中間電路電容器通過輸入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行充電。如輸入電壓斷開,則電容器通過后續(xù)電流逆變器(僅用于功能“直流環(huán)節(jié)放電”)和持續(xù)放電電阻器進(jìn)行放電。

圖2 PWM逆變器模塊功能圖

2.3 蓄電池充電機(jī)模塊 通過中間的隔離變壓器模塊,蓄電池充電機(jī)模塊將中間回路電壓轉(zhuǎn)換為直流DC110 V。功能原理如圖3所示。蓄電池充電機(jī)不僅為列車直流負(fù)載供電,而且為蓄電池箱體內(nèi)的蓄電池充電。在為蓄電池充電的過程中,蓄電池的電壓、充電電流、以及蓄電池的溫度被及時(shí)檢測,根據(jù)不同的參數(shù)反饋,充電機(jī)會(huì)改變充電電流,保證充電的安全性與高效性。整個(gè)充電過程由微機(jī)處理器控制調(diào)節(jié)。充電機(jī)的數(shù)字、電子、開環(huán)和閉環(huán)控制由集成在模塊中的控制器執(zhí)行。具體應(yīng)用參數(shù)(如充電電壓)通過軟件設(shè)置,通過CAN總線接口連接到更高的控制級別。

圖3 蓄電池充電機(jī)模塊功能圖

3 輔助逆變器故障分析

3.1 單臺輔助逆變器故障 對于由四臺輔助逆變器組成的并網(wǎng)型供電方式的輔助系統(tǒng),當(dāng)車輛在運(yùn)行過程中,一臺輔逆因故障停止工作時(shí),通過控制及信號反饋系統(tǒng),將切斷該其相應(yīng)的輸出接觸器,發(fā)生故障的逆變器將會(huì)與三相母線隔離,其它三臺輔助逆變器將正常工作。此時(shí)不需要切除列車上的交流負(fù)載,對車輛乘坐舒適性和穩(wěn)定性并不會(huì)產(chǎn)生影響。

3.2 兩臺輔助逆變器故障 若由于原器件損壞、控制反饋出現(xiàn)故障等造成兩臺輔助逆變器發(fā)生停機(jī),故障輔逆所對應(yīng)的輸出接觸器將被切斷,使其與列車三相母線隔離。有另外兩臺正常的輔助逆變器為列車上的負(fù)載提供動(dòng)力。但是此時(shí)車輛控制單元會(huì)發(fā)出指令,切除四節(jié)客室車每個(gè)空調(diào)機(jī)組各2 臺空調(diào)壓縮機(jī),空調(diào)減載運(yùn)行,保留50%的空調(diào)制冷。

3.3 多臺輔助逆變器故障 極端情況下,如果三臺及以上的輔助逆變器具發(fā)生故障,此時(shí)車輛控制單元會(huì)發(fā)出指令,負(fù)載管理單元將切除整列車的空調(diào)壓縮機(jī)負(fù)載,僅保留通風(fēng)功能。

4 結(jié)語

本文主要研究地鐵車輛中并網(wǎng)型的輔助供電系統(tǒng),對輔助供電系統(tǒng)在車輛電氣系統(tǒng)中的作用、輔助供電系統(tǒng)主要的功能模塊以及常見的輔逆故障進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。