地鐵領(lǐng)域輔助電源平臺(tái)方案簡(jiǎn)介

熊浩斌 張豪杰

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)地鐵目前運(yùn)營(yíng)使用情況，分析常用的幾種輔助電源系統(tǒng)，通過(guò)介紹和比較不同供電方式的特點(diǎn)，提供合理的設(shè)計(jì)方案，確保降級(jí)工況下盡可能減小對(duì)車(chē)輛性能的影響，提高輔助電源系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：輔助電源系統(tǒng);交叉供電;擴(kuò)展供電;并網(wǎng)供電

中圖分類(lèi)號(hào)：U270.381文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）03-0121-01

Abstract：BasedonthecurrentoperationanduseofsubwayinChina，thispaperanalyzesseveralauxiliarypowersystemsincommonuse，introducesandcomparesthecharacteristicsofdifferentpowersupplymodes，andprovidesareasonabledesignschemetoensurethattheimpactonvehicleperformanceisminimizedunderdegradedconditionsandthereliabilityofauxiliarypowersystemisimproved.

Keywords：Auxiliarypowersystem;Crosspowersupply;Extensionofpowersupply;Gridpowersupply

目前地鐵領(lǐng)域輔助電源平臺(tái)方案根據(jù)供電電路拓?fù)湫问降牟煌究梢苑譃榻徊婀╇?、擴(kuò)展供電和并網(wǎng)供電等三類(lèi)。

1交叉供電

在地鐵車(chē)輛發(fā)展的初期，基于供電轉(zhuǎn)換設(shè)備可靠性的不足，供電電路采用了交叉供電的拓?fù)湫问?。交叉供電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的典型特征是：所有車(chē)輛的交流負(fù)載均配置成兩組，分別由列車(chē)的兩個(gè)不同的輔助逆變器提供供電，以此實(shí)現(xiàn)單一輔助逆變器故障后的故障冗余功能。此方案的優(yōu)勢(shì)在于可以取消供電轉(zhuǎn)換設(shè)備，系統(tǒng)的冗余功能無(wú)需其他器件參與，系統(tǒng)的可靠性相對(duì)較高。但其缺點(diǎn)在于需要額外的布置供電電纜，且故障冗余功能將犧牲車(chē)輛客室一定的舒適性，隨著技術(shù)水平的發(fā)展，目前該供電方式基本上不在應(yīng)用。

2擴(kuò)展供電

隨著斷路器、繼電器等電子器件的技術(shù)進(jìn)步，隨著其性能、可靠性的提高，供電電路逐漸轉(zhuǎn)換到擴(kuò)展供電的拓?fù)湫问?。典型的供電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可參照下圖：

擴(kuò)展供電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的典型特征是：正常情況下，所有車(chē)輛的交流負(fù)載按照所處單元位置分別由本單元內(nèi)的輔助逆變器提供供電;當(dāng)任意一個(gè)輔助逆變器故障后，擴(kuò)展供電裝置將動(dòng)作，所有交流負(fù)載將由另一臺(tái)輔助逆變器供電。此方案得益于電子器件可靠性的提升，相對(duì)交叉供電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)整體可靠性未發(fā)生降低，同時(shí)減少了需額外布置的供電電纜，經(jīng)濟(jì)性略有提升。但此方案在故障模式下仍將犧牲車(chē)輛客室一定的舒適性。

3并網(wǎng)供電

隨著變流器控制技術(shù)的進(jìn)步，交流并網(wǎng)供電技術(shù)所需的并聯(lián)控制技術(shù)日益成熟，并網(wǎng)供電的拓?fù)湫问街饾u在地鐵領(lǐng)域鋪開(kāi)應(yīng)用。

并網(wǎng)供電拓?fù)涞牡湫吞卣魇牵核械妮o助逆變器在工作時(shí)會(huì)直接通過(guò)交流電網(wǎng)并聯(lián)在一起為列車(chē)所有負(fù)載進(jìn)行供電，不同的輔助逆變器根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)電路和算法實(shí)現(xiàn)相序同步;當(dāng)任意一臺(tái)輔助逆變器故障后，電網(wǎng)上的其他輔助逆變器可以繼續(xù)負(fù)載提供充足的電能。此方案相對(duì)擴(kuò)展技術(shù)而言極大的提升了輔助電源系統(tǒng)的可用性，在單臺(tái)輔助逆變器故障模式時(shí)車(chē)輛客室的舒適性不會(huì)發(fā)生變化。

并網(wǎng)供電拓?fù)浞桨冈趯?shí)際的工程應(yīng)用中，根據(jù)不同的需求側(cè)重點(diǎn)，又有不同的設(shè)計(jì)。

如下圖2，在不同輔助逆變器的輸出之間配置并網(wǎng)接觸器，以此可以實(shí)現(xiàn)正常情況進(jìn)行并網(wǎng)供電，在特定情況下可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立供電模式，由每個(gè)輔助逆變器給相應(yīng)單元進(jìn)行單獨(dú)供電，車(chē)輛母線短路故障發(fā)生的概率非常低，通?？紤]系統(tǒng)的可靠性，取消逆變器輸出之間的并網(wǎng)接觸器KMK，使用貫穿母線的方式。

4相關(guān)輔助逆變器平臺(tái)產(chǎn)品簡(jiǎn)介

4.1靜止逆變器平臺(tái)。功率范圍210～240kVA，設(shè)備重量1600kg（單機(jī)），整列3200kg，地鐵領(lǐng)域應(yīng)用最多的平臺(tái)，單臺(tái)輔助逆變器功率容量大。

4.2分布式并網(wǎng)平臺(tái)。功率范圍140～160kVA，設(shè)備重量1150kg（單機(jī)），整列4600kg，實(shí)現(xiàn)分布式并網(wǎng)，單臺(tái)輔助逆變器故障后車(chē)輛空調(diào)等設(shè)備無(wú)需減載，可以維持客室舒適度不降低。常規(guī)每列車(chē)配置4臺(tái)逆變器，可適用于8編組列車(chē)。

4.3高頻并網(wǎng)平臺(tái)。功率范圍2×110～2×120kVA，設(shè)備重量1600kg（單機(jī)），整列3200kg，采用高頻（18～20kHz）變換逆變電路在電氣性能、體積、重量等方面均高于工頻（1.35kHz）產(chǎn)品，并且由于采取軟開(kāi)關(guān)技術(shù)、解決了提高開(kāi)關(guān)頻率導(dǎo)致的模塊損耗增加的問(wèn)題，效率提高了2%以上。

綜上所述，采用交叉供電和擴(kuò)展供電方式，設(shè)備簡(jiǎn)單，但是冗余度差，降級(jí)運(yùn)行工況時(shí)，尤其是夏天，大大降低乘客舒適度，而采用并網(wǎng)供電方式，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量較多，單套輔助逆變器故障后降級(jí)運(yùn)行工況，不需要減載運(yùn)行，提高乘客舒適度，是未來(lái)輔助電源系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

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