并聯(lián)型直流電源系統(tǒng)在城市軌道交通中應(yīng)用研究

摘 要：通過分析目前城市軌道交通直流電源裝置存在的弊端，研究通過采用并聯(lián)型直流電源系統(tǒng)代替串聯(lián)直流電源系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：直流電源系統(tǒng)；蓄電池；充放電技術(shù)

1 現(xiàn)狀分析

城市軌道交通供電系統(tǒng)直流電源裝置普遍采用DC110V或DC220V制式，在輸出側(cè)串聯(lián)9節(jié)或18節(jié)每節(jié)12V的蓄電池，實現(xiàn)不間斷供電，見圖1。

串聯(lián)式的蓄電池組，蓄電池間主要有以下四點問題：第一、可靠性問題：只要有任何一點出現(xiàn)開路故障，事故下整個蓄電池組將無法向負(fù)載供電；第二、串聯(lián)型蓄電池結(jié)構(gòu)要求：蓄電池電參數(shù)嚴(yán)格保持一致，不同品牌、不同類型蓄電池不能混合使用，部分故障則導(dǎo)致整組報廢，導(dǎo)致蓄電池利用效率降低。第三、方便性問題：蓄電池組無法實現(xiàn)在線全容量核容、在線更換。性能最差的一只蓄電池等于蓄電池組的實際放電容量；第四、蓄電池組只能整組冗余配置、難以分散布置，使用靈活性差。

存在以上問題，歸根結(jié)底，是蓄電池間串聯(lián)式連接方式導(dǎo)致，解決問題根源在于：更改蓄電池連接方式。將傳統(tǒng)的串聯(lián)式蓄電池電源系統(tǒng)改為并聯(lián)式蓄電池電源系統(tǒng)。

2 并聯(lián)型直流電源系統(tǒng)

并聯(lián)型直流電源系統(tǒng)每套系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求定制充電模塊數(shù)量，充電模塊功能主要有兩部分：第一部分AC/DC變換，將輸入端AC220V變換為DC12V，并與一個12V蓄電池并聯(lián)。并聯(lián)后輸入第二部分，第二部分為DC/DC變換，將DC12V升壓為DC110V輸出，以深圳泰昂公司生產(chǎn)的一個模塊額定輸出電流約為4A，通過并聯(lián)多個模塊，即可以滿足系統(tǒng)容量要求，見圖2。

在系統(tǒng)設(shè)計上，系統(tǒng)容量考慮N+2模式，即滿足最大負(fù)荷容量的基礎(chǔ)上，再行配置2個充電模塊，以滿足故障期間冗余要求。

單個蓄電池故障的情況下，可將該蓄電池及其充電模塊退出運(yùn)行。其他模塊正常工作，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3 充電模塊配置方案

（1）新舊直流電源裝置運(yùn)行方式，將并聯(lián)直流系統(tǒng)通過總控制斷路器F1接入原直流屏DC110V母線上，正常運(yùn)行時，僅投入一套直流電源裝置，應(yīng)急情況下兩套直流電源裝置可互為備用使用，見圖4。

（2）蓄電池接入。并聯(lián)直流電源系統(tǒng)接入不同年限、不同品牌以及不同容量蓄電池，驗證裝置工作性能。

4 上線測試

（1）正常運(yùn)行情況下，觀察記錄蓄電池電壓、充電模塊電流，判斷是否滿足規(guī)程要求。

（2）在線進(jìn)行蓄電池核容充放電，驗證產(chǎn)品是否滿足在線核容功能。

（3）模擬蓄電池故障，驗證產(chǎn)品是否達(dá)到滿足要求。

（4）定期更換不同品牌、容量蓄電池，驗證產(chǎn)品是否滿足設(shè)計要求。

（5）開關(guān)分合閘操作期間，觀察記錄模塊電流，判斷模塊瞬時過載能力以及模塊配置數(shù)量是否滿足系統(tǒng)要求。

5 結(jié)論

并聯(lián)型電源裝置從根本上解決了串聯(lián)型電源裝置的缺點，提高了系統(tǒng)的可靠性，目前在廣州地鐵一號線供電系統(tǒng)試運(yùn)行期間，設(shè)備運(yùn)行情況穩(wěn)定，系統(tǒng)容量滿足開關(guān)分合閘期間的最大負(fù)荷要求，值得進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀威俊，高仕斌.軌道交通牽引供變電技術(shù)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

[2]王靖滿，黃書明.城市軌道交通牽引供電變技術(shù)[M].上海：上?？茖W(xué)普及出版社，2011.

作者簡介：楊曉春，工程師。