地铁辅助变流器的的设计研究.pdf

1引言 1．1选题背景 地铁辅助逆变器主要实现从直流到交流的变换，给负载及控制系统提供稳定、 可靠的电源【l】。地铁的用电负荷主要有两大类：牵引用电负荷和辅助系统用电负荷。 牵引用电主要是牵引电机；辅助系统则相对复杂，主要包括环控系统、低压配电 系统、弱电控制系统(门禁系统、综合监控系统、AFC系统等)、屏蔽门系统、给排 水系统及其他(主要包括出入口卷闸门、辅助性检修电源插座等)。 国产地铁辅助逆变器的主要功能为：将1500V的直流电源经辅助逆变器 蒸发器风扇)、空气压缩机、设备通风机、客室照明以及挡风玻璃除霜器、方便插 座、雨刮器等三相负载用。辅助逆变器能自动完成启动、关闭及故障切除功能， 在列车网络正常工作时，能及时报告辅助系统的运行状况。 地铁辅助逆变器是恒压恒频输出，对它的技术性能要求与、厂、，、，F(Variable andVariable Voltage InV瞰er-静止逆变器)在此 电电压波动范围是．33．3％～+20％，要求SIV(Static 电压范围内输出全功率，且要求输出电压值及其谐波含量在规定值之内，这个要 求是比较高的，特别是在最低电压情况下。 辅助系统设计时要考虑一定的过载能力。由于负载特性和运行过程中负载突 变等原因，系统运行时经常会承受高于额定值的电压和电流，所以器件选型，控 制系统设计等过程中要留有相对足够的余量。所能够承受的过载范围的量化的标 准在相关的标准中有所规定。并且在干扰情况下仍能输出较为理想的三相交流电 压，一般要求输出电压波动不超过额定的±20％，并且O．1～0．3s输出电压恢复可 恢复稳态。另外，因为辅助用电设备里面还有不均衡负载。虽然不均衡负载主要 是电热等电阻性负载，并没有启动时的过电电流，不会对辅助变流器产生特别大 的冲击，而且不均衡负载相对于辅助变流器整体的功率而言只占了小部分，对三 相线电压也不会产生直接的影响，但是因为不均衡负载会产生零序和负序分量， 特别是零序和负序分量叠加到正序分量后会导致三相相电压不均衡，如果没有采 取合适的电路结构和控制方法(例如传统的三相三线制逆变器)，输出相电压会产 生极大的不平衡现象，严重时甚至会将输出滤波电容和用电损坏。因此，辅助变 流器必须要有很强的抗不均衡负载能力。 综上分析，对地铁辅助逆变器的技术要求如下： 围内以额定功率输出。特别是在低网压1000V时，这时虽然主传动系统降功率运 行，而辅助系统必须全负荷运行； B．输出电压波动范围：(一般要求±5％)； C．输出电压波形畸变：(一般要求畸变因数10％)； D．输出电压不均衡度：(一般在相间对称均衡时，要求1％)； E．输出频率：50×(±1％)Hz； F．效率：(一般要求全负荷时90％)； G噪声：相距一定距离的分贝[例女1：I-相距lm，70dB(A)】； H．保护：m等级； I．过载能力：要求具有很大的瞬间过载能力。 正因为辅助变流器的要求严格，结构复杂，所以目前为止，国内各地铁公司 所运营的地铁列车辅助变流器大部分仍然依靠进口，主要进口商为欧洲的西门子、 ALSTON，日本的三菱、东芝等。本文正是基于这样的大背景下，希望通过这篇文 章在国产化地铁辅助变流器中做出的努力来进一步促进地铁辅助变流器的国产化 进程。 1．2辅助逆变器发展现状 1．2．1 国内辅助逆变器概况 近20年，随着我国的城市轨道交通快速的发展，辅助供电系统作为地铁车辆 的重要设备也在不断的优化升级。所采用的功率器件从初期的GTO到现在性能更 为优良的IGl3T。从最初的工频隔离方式到现在的高频隔离方式。辅助变流器的功 率密度更为集中，可靠性等各方面性能都不断的提升。新的时期，对辅助供电系 统的电能质量，功率等级，运行可靠性，通讯方式，等各个方面都提出了更多和 更高的要求。下面对各时期国内各地铁线路上的辅助逆变器拓扑结构进行详细的 介绍与分析【5．10J。 A．上海地铁一号线 上海地铁一号线车辆上的辅助系统为斩波稳压再逆变，加降压隔离变压器的 方案，其系统结构如图卜1所示。这是20世纪80年代后期引进的，采用GTO器 件来构成，属当时国际先进水平。 2