地铁领域辅助电源平台方案简介

熊浩斌 张豪杰

摘要：针对国内地铁目前运营使用情况，分析常用的几种辅助电源系统，通过介绍和比较不同供电方式的特点，提供合理的设计方案，确保降级工况下尽可能减小对车辆性能的影响，提高辅助电源系统的可靠性。

关键词：辅助电源系统;交叉供电;扩展供电;并网供电

中图分类号：U270.381文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）03-0121-01

Abstract：BasedonthecurrentoperationanduseofsubwayinChina，thispaperanalyzesseveralauxiliarypowersystemsincommonuse，introducesandcomparesthecharacteristicsofdifferentpowersupplymodes，andprovidesareasonabledesignschemetoensurethattheimpactonvehicleperformanceisminimizedunderdegradedconditionsandthereliabilityofauxiliarypowersystemisimproved.

Keywords：Auxiliarypowersystem;Crosspowersupply;Extensionofpowersupply;Gridpowersupply

目前地铁领域辅助电源平台方案根据供电电路拓扑形式的不同基本可以分为交叉供电、扩展供电和并网供电等三类。

1交叉供电

在地铁车辆发展的初期，基于供电转换设备可靠性的不足，供电电路采用了交叉供电的拓扑形式。交叉供电拓扑结构的典型特征是：所有车辆的交流负载均配置成两组，分别由列车的两个不同的辅助逆变器提供供电，以此实现单一辅助逆变器故障后的故障冗余功能。此方案的优势在于可以取消供电转换设备，系统的冗余功能无需其他器件参与，系统的可靠性相对较高。但其缺点在于需要额外的布置供电电缆，且故障冗余功能将牺牲车辆客室一定的舒适性，随着技术水平的发展，目前该供电方式基本上不在应用。

2扩展供电

随着断路器、继电器等电子器件的技术进步，随着其性能、可靠性的提高，供电电路逐渐转换到扩展供电的拓扑形式。典型的供电拓扑结构可参照下图：

扩展供电拓扑结构的典型特征是：正常情况下，所有车辆的交流负载按照所处单元位置分别由本单元内的辅助逆变器提供供电;当任意一个辅助逆变器故障后，扩展供电装置将动作，所有交流负载将由另一台辅助逆变器供电。此方案得益于电子器件可靠性的提升，相对交叉供电的拓扑结构整体可靠性未发生降低，同时减少了需额外布置的供电电缆，经济性略有提升。但此方案在故障模式下仍将牺牲车辆客室一定的舒适性。

3并网供电

随着变流器控制技术的进步，交流并网供电技术所需的并联控制技术日益成熟，并网供电的拓扑形式逐渐在地铁领域铺开应用。

并网供电拓扑的典型特征是：所有的辅助逆变器在工作时会直接通过交流电网并联在一起为列车所有负载进行供电，不同的辅助逆变器根据相应的检测电路和算法实现相序同步;当任意一台辅助逆变器故障后，电网上的其他辅助逆变器可以继续负载提供充足的电能。此方案相对扩展技术而言极大的提升了辅助电源系统的可用性，在单台辅助逆变器故障模式时车辆客室的舒适性不会发生变化。

并网供电拓扑方案在实际的工程应用中，根据不同的需求侧重点，又有不同的设计。

如下图2，在不同辅助逆变器的输出之间配置并网接触器，以此可以实现正常情况进行并网供电，在特定情况下可以实现独立供电模式，由每个辅助逆变器给相应单元进行单独供电，车辆母线短路故障发生的概率非常低，通常考虑系统的可靠性，取消逆变器输出之间的并网接触器KMK，使用贯穿母线的方式。

4相关辅助逆变器平台产品简介

4.1静止逆变器平台。功率范围210～240kVA，设备重量1600kg（单机），整列3200kg，地铁领域应用最多的平台，单台辅助逆变器功率容量大。

4.2分布式并网平台。功率范围140～160kVA，设备重量1150kg（单机），整列4600kg，实现分布式并网，单台辅助逆变器故障后车辆空调等设备无需减载，可以维持客室舒适度不降低。常规每列车配置4台逆变器，可适用于8编组列车。

4.3高频并网平台。功率范围2×110～2×120kVA，设备重量1600kg（单机），整列3200kg，采用高频（18～20kHz）变换逆变电路在电气性能、体积、重量等方面均高于工频（1.35kHz）产品，并且由于采取软开关技术、解决了提高开关频率导致的模块损耗增加的问题，效率提高了2%以上。

综上所述，采用交叉供电和扩展供電方式，设备简单，但是冗余度差，降级运行工况时，尤其是夏天，大大降低乘客舒适度，而采用并网供电方式，电路设计复杂，设备数量较多，单套辅助逆变器故障后降级运行工况，不需要减载运行，提高乘客舒适度，是未来辅助电源系统技术发展趋势。

参考文献：

[1]康亚庆.地铁车辆辅助系统两种供电网络的分析[J].现代城市轨道交通，2009（4）

[2]唐朝辉，张丽勇.地铁车辆辅助供电方式比较分析与应用[J].科技创新与应用，2015（9）

[3]陈军.关于地铁列车辅助供电方式的探讨[J].技术与市场，2018（11）