北京公交雙源無軌電車電力電子絕緣隔離技術應用分析

北京公共交通控股（集團）有限公司 孫 鵬

北京公交雙源無軌電車電力電子絕緣隔離技術應用分析

北京公共交通控股（集團）有限公司 孫 鵬

北京公交集團雙源無軌電車始用于1999年，其技術至今已經歷了幾代產品的升級和變化，發展至2017年5月，雙源無軌電車已達1233輛，運營著23條線路，線路總長度329.45km；線網總長度266.38km。

為保證線網對無軌電車正常供電及輸出電流電壓的穩定，北京公交無軌電車采用了新型集成式電力電子絕緣隔離電源系統（圖1）。

圖1 電力電子絕緣隔離電源系統示意圖

該系統的基本技術原理是：線網電壓進入整流模塊（作用：保證接入高壓正負反接都可正常工作），輸入至濾波電路（作用：保證輸入電流電壓穩定），逆變器將線網直流電變為交流電（DC轉AC），變壓器模塊起到隔離高壓電的作用，然后經整流輸出再將交流電變為直流電（AC轉DC），通過輸出濾波保證輸出電流電壓穩定。

1 電力電子絕緣隔離電源技術應用解決的問題

（1）新型雙源無軌電車在應用電力電子絕緣隔離平臺后，有效地解決了原無軌電車可能存在的觸電風險，將高壓線網和車身之間的高壓平臺進行了有效隔離，用電環境得到了改善，避免了線網電壓可能出現的沖擊、過載所帶來的影響，使絕緣隔離平臺下雙源無軌電車能夠實現“純電動”模式運行（圖2）。

圖2 電力電子絕緣電氣系統拓補圖

（2）解決了高壓線網對無軌電車車身的絕緣問題，減少了原整車物理絕緣的部件和二級絕緣可能帶來的風險，在減少絕緣材料的同時保障線網和整車可靠隔離。

（3）由于物理絕緣改進為電力電子絕緣，絕緣隔離平臺下驅動電機由原來的線網直接取電運行改為在更安全的平臺下行駛，將原來的風冷形式改進為液冷形式，大大提升了散熱效果，改善了動力總成的使用環境。

2 電力電子絕緣隔離電源技術應用實現的功能

（1）電力電子絕緣隔離平臺的實際應用，可實現在600V高壓線網平臺上工作；北京公交的供電線網電壓在400～750V之間實現區域供電，雙源無軌電車對用電環境適應性要求很高，當車輛所需電壓超出供電線網所提供的電壓時，電子電力絕緣隔離平臺將實現自增壓功能，以滿足車輛運營需求。

（2）電機和電池最優的能量分配和制動能量回收功能。

（3）輸出電壓寬泛（DC400～750V），即使是供電線網的負荷增大，也不會影響驅動電機的工作狀態。

（4）實現雙源無軌電車搭網時能量流向的智能控制模式。

3 在高壓總成及電路優化上的應用

（1）雙源無軌電車采用線網供電和車載動力電池供電兩種方式，整車高壓系統采用二級絕緣方式。當無軌電車在有供電線網路段運行時，利用線網供電，電力電子隔離系統可以對動力電池進行充電。

（2）高壓電流從線網經車頂上的熔斷器、電抗器和電度表輸出高壓直流給直流設備供電，高壓直流經過車頂電源中心轉換為三相交流電給交流設備(AC380V)供電。

4 總結

（1）雙源無軌電車采用集成式電力電子隔離電源的新技術，實現了雙重絕緣隔離電源變換器后的總體高壓電器原理與純電動車型統一平臺的模式，形成雙源無軌電車與純電動客車車型電動化底盤的平臺化，提高了城市客車產品的通用化程度。

（2）雙源無軌電車電子電力絕緣隔離平臺的應用，進一步提高了無軌電車的充電能力和線網供電穩定性、適應性，在其平臺下動力電池的補電能力始終保持穩定，動力電池系統和線網供電系統之間的能量供給策略得以優化，能夠最大限度地減少無軌電車對于供電線網的依賴程度，進一步優化城區內架設雙源無軌電車線網、實現饋線落線、減少線網在交叉路口的架設密度等工作，從雙源無軌電車技術升級的角度得以實現。