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1、地铁列车辅助电源系统的新方案设计研究论文电子版下载 溺l颦溷111t!ilit!ii!lill!iii tttitilt嬲地铁列车辅助电源系统的新方案设计奚华峰王爱武(南车南京浦镇车辆有限公司，210031，南京第一作者，高级工程师)摘要介绍了地铁车辆辅助电源系统技术情况和主要参数，从应用的角度提出了现有系统的优缺点。 根据负载情况分析，提出了模块式辅助电源及以此为设备的电源系统和变流模块的新方案，并分析了其优缺点。 关键词地铁车辆；辅助电源；方案设计U270381Design0f Metro VehicleS AuxiliaryPower SupplyXi Huafeng，W angAiwu
2、 AbstractThe technologyapplication andmajor parameters ofm etrovehicleS auxiliary power supplyare introduced，the advantagesand disadvantagesof theexisting systemare pointedout fromthe angleof appfi cationA ccording tothe loadanalysis，the modularauxiliary powersupply systemand anew planwith modularan
3、d converterm odulesare proposed，their advantagesand disadvantagesare analyzedKey wordsmetro vehicles；auxil iarypowersupply；plan designFirst-authorS addressCSR NanjingPuzhen Co，Ltd，210031，Nanjing，China地铁列车辅助电源系统提供列车冷却系统、空调、空气压缩机、照明等设备的正常供电。 随着地铁列车对舒适性要求的提高，这些设备的使用越来越多，从而使得辅助逆变电源的容量也越来越大。 本文将对辅助逆变电源的容
4、量进行简单的分析，并提出一种新的辅助电源系统方案。 401通用辅助电源系统介绍11Alstom地铁列车辅助电源系统Alstom设计的地铁列车一般都采用集中辅助电源供电。 以6辆编组列车为例，在2个头车上分别设置1个大功率的辅助逆变电源(SIV)，列车上的电源配置采用交叉供电方式。 111SIV的技术参数1)额定输入电压为DC1500V。 2)输入电源特性符合IEC60850。 3)额定负载效率9()。 4)交流电输出特1生相数为3相4线；额定输出电压为AC400(15)V；输出电压波形近似正弦波；额定输出频率为50(11)Hz；谐波电压失真范围10；额定输出容量为230kVA，COS辛=085
5、(巾为相位角)；最大输出容量为345kVA，COS=070。 5)直流电输出特性额定电压为DC110V；额定容量为22kw(20o C)；输出纹波电压2额定电压。 6)噪声70dB(A)(1m内)。 7)工作温度为一20+40。 112列车配电框图交、直流负载的配电分别如图 1、2所示。 垂叠ll毒话佥佥精铡；女佥畜饕鐾鑫蚕瞎巷i云蹿鲞饕壁召釜!争(脚醒蜘椒j匮罅一甏一薹蔷焉i霉霉霪替景蓄篓嚣嚣i饕整勰嚣罨霉墓普嚣毒毒靼喾念念I耋l爵蜜婶幂制蜡掣样端珥l l硅摧舡侧目制景饕茬i qt替整蔷黍黎旧摧仲辑辑图1Alstom辅助电源系统交流负载配电框图匮霜佥稚描菩一*罨匮精佥蘸塘一*g州誊藩舡肄措霉
6、硅靶馨刨耀掣椒删肄君妇棘糕露氍妊墨牡毒畜叠毒莩*叠昂岔稚爝特捌慑礤墓器壮N嚣捌啊窜椒侧摊蓝瓣龃羁侧葚爨缸摊摧禽舡仲牲目u害鞋壮慝奄甜甓曩I毒罱嚣盘辑第鬻期一誊_0曩0_曩蠹00_曩曩毒誊曩叠誊曩誉誊r正列控制电母缱列车控制电匝母线l永九电母线永久电母线l l司机皇空调单元陴瘸器l司机室空弭单降藉簪l司机室指示灯紧急通风l司机室措_相帑急通风l列车控制线路乘喜信息系统I剪眸控籼路索客惰息紊野E司机室照明L自动控制单元l司机宣照明自觯l Air空调控制单元紧急通风L4客宣紧急照明l l紧息遁风客室紧急照明I l紧急通风L J髓月l紧急匾吼客宣紧急照明l jArc空调控斜单元l辅助逆变器单元门控制单
7、元列车控懒噼J乘客信息系统f l列革崮路L J乘客信息系统f I列车控匍噼L乘客瞎息系统阵控陟略L J乘客唐息系统l I辅助逆嗍舡元门控单元一列车攫l门开关电机门控$单元I-t制动控制单元I lnt蝉l l门挣制单元L制动控电惮元I门控制元l门开关电机客室紧急照明门开关电机t空霹控制单元l l门开关自t空调控斛单元l l门开关电机1空啊控制单元l门开关电1列车唤醒l一全自动车l牵引逆变器单元j稿l趔坐鼎岸l牵逆变器单元障弓l逆变器单元一全自动车客塞紧急Jl【明空机控制单室机控制单l头尾灯l蓄也充电I头，胃T l蓄电池充电l运营灯I受电弓单元l运管灯l受电弓单元L刮雨器l L刮雨鞲l l l-u
8、j i1Ms罔结列车线T罔络列车境H v1w lH RK)21l v1cu l l v1u HJ vH HRI OMIOl R蝴cAN lH RIOM31llRIOM31H IRIOMIO HH RS485ANI JH BRIGEllBRIGE Hl RS485,CANI HH RS485KAN iRS485CAN jF RS485CAN lRS48AN Hl nu?Lj有直流输出和充电功能。 5)直流电输出特性121SIV的技术参数额定电压为DC110V；辜苎OV。 额定容量为20kW；苎要堡盒c60850o磊互聂压2额定电压；。 6。 4)3相交流电输出特性，?相数为3相3线；122列车配
9、电框图额定输出电压为AC380(15)v；交、直流负载的配电分别如图 3、4所示。 Tc Mp M M Mp Tc辅助逆变器f辅助逆变器l辅助逆变器j辅助逆变器辅助逆变器l If含充电机)?3相交流50Hz f?舻?、?0占、I?l圆圆l网l豳空调2AC2座20V瞳I j空调2i空调2J囫圆匾c22o匾C插2座20皇。 司机室f Ac220V AC220V AC220V陬羞一电加热内部照明内部照明内部照明内部照明内部照明电加热内部照明注TC为带司机室的拖车；MP为带受电弓的动车；M为无受电弓的动车。 图3Siemens辅助电源系统交流负载配电框图Tc MpMMMpTct)()()，t)L一-1
10、()(j电l蓄电主控器空调控制f r空调控制制动控制空调控制牵引逆变空调控制牵引逆变空调控制主控器l空调控制十I辅助逆变器I应急照明应急照明应急照明器控制直急照明器控制应急照明辅助逆变器匣急照明l司机室显示I应急通风制动控制应急通风应急通风制动控制应急通风制动控制应急通风司机室显示直急通风I制动控制l电加热控制电加热控制电加热控制电加热控制电加热控制l制动控制电加热控制门单元控制门单元控制门单元控制门单元控制门单元控制l加控制门单元控制通信通信通信通信道信通信4v A1j空信息显示系统扩展供电控制信息显示系统艟制信息显示系统信息显示系统DC24V控制控制DC仍C)C信息显示系统控散控制信息显示
11、系统控制匿口灯l_L(J运行灯f瞳行灯卜l刮雨器剧雨器_l按钮指示灯胺钮指示l灯I阅读灯阅读灯卜图4Siemens辅助电源系统直流负载配电框图41潜潮辄蠲蠲13优劣分析虽然上述两家公司的两种电源配置有所不同，但每个SIV都是采用一组逆变模块，形成一个整体的供电电源再给车载用电设备供电，所以都存在以下的优缺点。 131优点1)辅助逆变器设备简单，有利于供电系统控制方案的解决。 辅助变流器在得到DC1500V和DC110V电流的输入后就开始启动，并输出AC380V电源，无需配电方面的控制，所以控制接口非常简单。 2)配电电路结构简单。 对于辅助变电器来讲，主要的输入、输出线路有De1500V、DC
12、110V、AC380V电源线及很少的控制线，其配电电路和控制接口非常简单。 132缺点1)辅助逆变器功率大，损耗也大。 辅助逆变器的功率是根据极端情况下的最大负载来设置的，实际正常使用的辅助逆变器工作容量仅在30以下，在额定功率附近逆变电源工作效率是最高的(包括与之配套的电感、隔离变压器等设备均如此)。 所以，辅助逆变器实际使用的功率损耗是很大的，非常不经济。 2)无法实现用电设备所需的变频启动和控制要求。 空调压缩机、空气压缩机等设备的启动电流非常大，很适合用变频启动的方式来控制。 但是，这种辅助逆变器同时还得给其它负载供电，故无法实现变频启动，同时这些空调压缩机、空气压缩机等设备负载的启动
13、电流会对辅助逆变器造成损伤。 2新的辅助电源系统方案地铁列车AV380V用电负载的情况分析见表1所示。 表1地铁列车AC380V负载统计表地铁列车中的AC380V负载大量是电机类的感性负载，若采用恒压电压，负载投入时对辅助逆变器的冲击很大。 特别是在大负载时空气压缩机的启动，对辅助逆变器会产生很大的冲击。 所以，可以根据负载的容量大小将负载分为两类一类是空调压缩机和空气压缩机，可以采用独立的辅助逆变模块单独供电，并可实现变频启动；另一类是冷却风机等，采用恒压供电，并将整列车的AC380V并网供42电，以提高冗余性。 下面对新拟的辅助电源系统方案进行描述。 21供电网络方案如图5所示，为一个单元
14、(3节车辆)的情况，单元之间对称分布。 每节车配置一台SIV。 SIV由标准模块组成，主要有1)带电压隔离的前端DCDC模块；2)直流110V负载供电的负载DCDC模块；禳期曩萎譬0曩曩0曩0000曩_0=_曩0_0零誊褥穗嘏簸空调压缩机1空调压缩机2空气压缩机空调压缩机1空调压缩机2空调压缩机1空调压缩机2J DCJ110V负载AC380V负载f DCsfv3iAc司机宣耷绩、通风机和冷凝风机客室空调通风机和冷凝风机客室空调通风机和冷凝风机客室空调j亘毋机和冷凝风机客室照明客室照明?骞寞尽明牵引变流器冷却风机牵引变流器冷却风机?玲趣?牵引电抗器冷却风机牵引电抗器冷却风机辅助电却风机动泠l却。
15、 i劫奄岚税。 捕脞插座插座图5新的辅助电源系统拓扑结构3)标准的负载DCAC模块。 根据不同的负载情况配置每节车的SIV头车SIV由前端DCDC模块、供DC110V负载的负载DCDC模块、供空调压缩机的负载DCAC模块、供空气压缩机的负载DCAC模块和供其他稳压负载的负载DcAC模块等组成，供空调压缩机的负载DCAC模块还可以给空气压缩机做冗余；中间车SIV比较简单，由前端DCDC模块、供空调压缩机的负载DCAC模块和供其他稳压负载的负载DCAC模块等组成。 供其他稳压负载的负载DCAC模块输出采用全列车并联的方式，提高了整列车的冗余性。 22前端DCDC模块方案一般要求整个中压回路和高压回路隔离，所以该模块采用隔离变压器隔离的高频降压电路设计。 整个电路由高压检测、输入滤波、预充电回路、支撑电容、逆变回路、隔离变压
