城市轨道交通车辆电气控制 课件5-1辅助供电系统概述

城市轨道交通车辆辅助供电系统控制任务一辅助供电系统概述目录辅助供电系统的作用13辅助供电系统的构成2辅助供电系统的要求

第一部分辅助供电系统的作用01辅助供电系统可为列车提供的电压制式如下：三相AC380V。主要用电设备为空调单元、客室座椅电加热器、空气压缩机、牵引逆变器冷却风机、制动电阻冷却风机等。单相AC220V。主要用电设备为客室内外接负载插座、司机室通风单元等。DC110V。主要用电设备为列车各控制系统、乘客信息系统、照明系统、车门系统、车载通信与信号系统等。

第二部分辅助供电系统的要求02辅助逆变设备需要满足的要求1.输出电压为三相四线制，输出电压和频率满足规定的精度要求。2.在宽输入电压变化范围内，输出额定容量的工作能力，输出电压与频率应能满足额定负载容量的正常工作能力。3.输出电压为正弦波形或准正弦波形。4.较强的负载突变能力。具备允许空调压缩机、通风机、空气压缩机等负载直接启动和切除的能力，并且其输出电压的瞬时变化不超过规定值及在规定的时间内恢复稳定。5.一定的冗余度。部分辅助逆变器发生故障时，在切除部分负载的条件下，其余正常工作的辅助逆变器应可同时向列车运行所需的必要负载供电。

第三部分辅助供电系统的构成03列车辅助供电方式根据辅助供电系统设备布置位置，可分为分散供电与集中供电两种方式。（1）分散供电指的是每节车辆均配备一台辅助供电装置为列车380V交流母线供电。其特点是供电冗余度大，可均衡配置列车各轴重，但造价高，总重量大，集成化程度低，故障率较高。例如广州地铁1号线，图中AC为列车交流负载，DC为直流负载，SIV为辅助逆变器，分布在每节车厢，DC/DC变流器设置于A车，负责直流负载供电。列车辅助供电方式（2）集中供电指的是在列车上集中安置一定量的辅助逆变器（通常设置在两端的Tc车），由它们为整车提供辅助电源。其特点是供电冗余度小，列车每轴的配重难以一致，但总重量小，组成部件集中，集成化程度高，故障率较低，且成本也低。我国在上海地铁2号线车辆后引进的城市轨道车辆辅助供电多采用这种供电方式。例如宁波轨道交通1号线一期车辆，其辅助供电系统采用集中供电的方式，每节Tc车底下设置一个辅助逆变箱，每个辅助逆变箱内含两个辅助逆变单元，所有辅助逆变单元通过并联方式向列车380V交流母线供电。列车辅助供电方式根据辅助供电系统的AC380V供电模式，可分为交叉供电、扩展供电和并网供电。（1）交叉供电交叉供电是将每节车厢的交流负载采用分组式母线供电。正常供电的时候，每个车负载根据功率平均分为两组，由两套辅助逆变设备通过两路不同供电干线对列车负载进行供电。对于牵引、辅助系统的冷却风机等重要负载，两套辅助供电设备均为其供电，起到冗余作用。（2）扩展供电扩展供电是将车辆分为两个独立的供电单元，仅有一路供电母线贯穿整列车。两套辅助逆变设备均连接到母线上，中间设有一个接触器将两套辅助逆变设备分断，使其不会并网运行。当两套辅助逆变设备都正常工作时，扩展接触器处于断开状态，每套逆变器为本单元交流负载供电。当其中一套逆变器故障时，通过控制扩展接触器闭合，由工作状态良好的逆变器为整列车的交流负载供电，考虑到逆变器的容量限制，此时每节车的空调需要减载运行。列车辅助供电方式根据辅助供电系统的AC380V供电模式，可分为交叉供电、扩展供电和并网供电。（3）并网供电并网供电同扩展供电，仅有一路供电母线贯穿整列车，两套辅助逆变设备同时向交流母线进行供电，整列车的负载都在母线上取电。在设备故障的时候，故障的辅助逆变器停止工作，由剩余的辅助逆变器向母线供电。当故障的辅助逆变器数量达到设定值时（如：1/2或3/4故障），相关负载将会减载运行。列车辅助供电方式交叉供电、扩展供电与并网供电三种供电方式的比较：从负载切换方式来看，交叉供电和并网供电负载切换方式简单，影响较小，扩展供电影响大。对于交叉供电和并网供电，当辅助逆变器故障或恢复时，负载切换由网络负责判断控制，不需要单独设置复杂的硬件电路。扩展供电设置了扩展接触器，为了不损坏扩展接触器，在切换过程中，需要将车辆所有辅助逆变器停机。从布线上来看，扩展供电和并网供电布线少，交叉供电布线复杂。交叉供电需要在列车上布设两路三相四线制的列车线，而扩展和并网供电只需一路列车线，从数量上减少一半，线缆重量也减少一半，对整车减重有明显优势。从舒适度来看，交叉供电方式下辅助逆变设备故障只能启用一半负载，而扩展供电和并网供电能最大限度地利用辅助逆变器的容量，让更多的负载工作，为乘客提供更舒适的环境。综合以上比较，并网供电切换方式简单，布线少，能最大程度保证列车辅助系统运行。目前，随着并网供电方案的不断完善，并网供电方式正在越来越多地被推广应用。辅助供电系统设备构成西门子辅助供电系统采用了分布式布置、集中供电以及并网供电的方式，主要由辅助逆变器、蓄电池充电机和蓄电池三部分构成，其分布特点如下：1.列车采用每节Tc车（带司机室的拖车）底下设置一个辅助逆变箱和两个蓄电池箱的供电方式。辅助逆变箱和蓄电池箱在车底的布置位置辅助供电系统设备构成2.一个辅助逆变箱内有两个辅助逆变器和两个蓄电池充电机，其中辅助逆变器将DC1500V电逆变成AC380V电供车辆负载使用，蓄电池充电机将DC1500V电转换成DC110V电供车辆负载使用，并且负责给列车蓄电池充电。3.蓄电池为车辆常用负载供电，并且在车辆失去高压的情况下为整车供电。辅助供电系统设备构成辅助逆变箱是辅助供电系统中的主要设备，其在车辆中的位置示意如图所示。接触网上的DC1500V电通过列车受电弓引至高压箱的三位闸刀开关。列车正常工作时三位闸刀开关打在受电弓位，DC1500V电经二极管、熔断器输入到Tc车底的辅助逆变箱，为其提供输入电源，同时还将DC1500V电送至另一单元的辅助逆变箱，当一个受电弓降弓时，另一个受电弓可以为整列车辅助系统提供1500V电源。辅助逆变箱辅助供电系统设备构成辅助逆变箱内部构成如图所示，一个辅助逆变箱包含两个相同的单元，一个单元是一套辅助逆变系统，主要包括DC/DC变换模块、充电机模块、DC/AC逆变模块、电磁部件、控制器及应急启动模块等。辅助逆变箱内部构成1-DC/DC模块；2-充电机模块；3-DC/AC模块；4-电磁部件；5-控制器及应急启动模块辅助供电系统设备构成辅助逆变箱内部供电网络如图所示。辅助逆变箱内部供电网络辅助供电系统设备构成供电网络主要包含1500V输入电路、DC/DC模块、DC/AC模块、充电机模块、输出电路、SIBCOS控制器、DBS应急启动模块等单元。辅助供电系统的启动由输入端高压情况和列车控制与诊断系统的控制来决定。每个辅助逆变器配置一个切除开关用来进行手动切除控制，该切除开关设置于带锁的Tc车电器柜内。切除辅助逆变器时，辅助逆变器断开输入端的DC1500V接触器和输出端的三相AC380V输出接触器。辅助供电系统设备构成辅助逆变箱内各单元的主要功能如下：1.1500V输入电路：包括输入熔断器、输入接触器、EMC滤波器、预充电/过电压保护、滤波电容等环节，用于消除电源电磁干扰、滤除电源交流成分，将DC1500V电输入后续电路中，并起到限流、过压保护、防止浪涌电压的功能。输入电路辅助供电系统设备构成2.DC/DC模块：将输入变化的电压转变成隔离的恒定的DC700V电，以供DC/AC模块和蓄电池充电机使用。3.DC/AC模块：又称为逆变器模块，利用脉宽调制原理将直流环节的电压逆变成50Hz三相AC380V电压输出，再经过三相正弦滤波器输出三相正弦交流电。DC/AC模块内部通过CAN总线通讯。4.充电机模块：充电机将输入的DC700V电压转换为DC110V输出，供列车直流负载使用，同时为蓄电池充电。辅助供电系统设备构成5.输出电路：包括正弦滤波器、三相交流输出主接触器、熔断器等，其作用是将经正弦滤波后的三相交流电输出，供列车交流负载使用。输出电路辅助供电系统设备构成6.SIBCOS