地鐵車輛輔助供電系統的研究與認識

白雁翔 郭 帥 吳海強

武漢地鐵集團運營有限公司 湖北 武漢430000

1 輔助供電系統概述

輔助電源系統是車輛上除牽引供電之外,為其他交流和直流負載供電的一套系統。輔助電源系統不僅為車輛提供空調、壓縮機、交流插座等所需要的交流電源,同時提供列車低壓控制系統所需要的直流電源。對車輛牽引系統、車門系統、制動系統、乘客信息系統以及各個控制系統的穩定運行有著十分重要的作用。并網型供電方式的輔助系統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,同時不需要擴展供電設備,也避免了擴展供電切換造成的沖擊。

2 輔助供電系統的主要模塊及功能

輔助供電系統內的設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,它將輸入端不穩定、易波動變化的電壓轉換為穩定可控的直流電壓。從而為后續的PWM逆變模塊和蓄電池充電機模塊提供穩定輸入。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成能量存儲裝置及中間直流環節電壓電路。電容器不但能吸收因IGBT開關而出現在中間直流環節電壓電路中的交流紋波電流,同時可以將無功功率傳送至連接在PWMI輸出端的AC負載。

中間電路電容器通過輸入轉換器進行充電。如輸入電壓斷開,則電容器通過后續電流逆變器(僅用于功能“直流環節放電”)和持續放電電阻器進行放電。

圖2 PWM逆變器模塊功能圖

2.3 蓄電池充電機模塊 通過中間的隔離變壓器模塊,蓄電池充電機模塊將中間回路電壓轉換為直流DC110 V。功能原理如圖3所示。蓄電池充電機不僅為列車直流負載供電,而且為蓄電池箱體內的蓄電池充電。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檢測,根據不同的參數反饋,充電機會改變充電電流,保證充電的安全性與高效性。整個充電過程由微機處理器控制調節。充電機的數字、電子、開環和閉環控制由集成在模塊中的控制器執行。具體應用參數(如充電電壓)通過軟件設置,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型供電方式的輔助系統,當車輛在運行過程中,一臺輔逆因故障停止工作時,通過控制及信號反饋系統,將切斷該其相應的輸出接觸器,發生故障的逆變器將會與三相母線隔離,其它三臺輔助逆變器將正常工作。此時不需要切除列車上的交流負載,對車輛乘坐舒適性和穩定性并不會產生影響。

3.2 兩臺輔助逆變器故障 若由于原器件損壞、控制反饋出現故障等造成兩臺輔助逆變器發生停機,故障輔逆所對應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載提供動力。但是此時車輛控制單元會發出指令,切除四節客室車每個空調機組各2 臺空調壓縮機,空調減載運行,保留50%的空調制冷。

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生故障,此時車輛控制單元會發出指令,負載管理單元將切除整列車的空調壓縮機負載,僅保留通風功能。

4 結語

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