CN102739099A - 跨座式单轨列车辅助电源装置 - Google Patents

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牟述佳
孙国斌
王长昌
张亚伟
薛浩飞
迟久鸣
曲鹏
梁世宽
徐先伟
孙丛君
张春磊
周扬
王乾
夏猛
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Abstract

本发明涉及一种跨座式单轨列车辅助电源装置，该装置包括主电路模块和控制电路模块，主电路模块设有滤波电抗器、预充电电路、支撑电容、三相逆变功率模块和输出变压器，预充电电路通过EMI滤波器与支撑电容连接，三相逆变功率模块通过三相交流滤波器与输出变压器连接。本发明主电路采用模块化设计，结构简单可靠，其中，功率模块采用热管散热器散热，散热功率大，有助于提高IGBT的开关频率，从而减小交流输出波形谐波含量，提高电源质量，更好地保护车载中压设备；支撑电容采用高压薄膜电容，产品的使用寿命和维护周期长，产品的可靠性高；辅助控制单元ACU采用电压电流双闭环控制，将控制量由交流量转换为直流量，并通过SVPWM调制，电压利用率高，谐波含量小。

Description

跨座式单轨列车辅助电源装置
技术领域
本发明涉及一种城轨列车辅助电源装置，具体的说，涉及一种跨座式单轨列车的辅助电源装置。
背景技术
跨座式单轨列车有线路占地面积小、爬坡能力强、通过曲线半径小、建设费用低、噪音小等诸多优点，已经成功在重庆单轨二号线成功运营。辅助电源装置(SIV)为单轨列车的牵引控制器、照明、空调等设备提供三相交流电源，一个稳定的、高质量的辅助电源装置(SIV)对列车的安全运营起着重要的作用。目前，重庆二号线的跨座式单轨列车仍采用国外技术，费用昂贵，且一旦辅助电源装置出现故障，需要联系国外厂家进行维修或更换，维修或更换时间长，不能及时维修或更换，费时误工。而国内现有的列车辅助电源装置由于性能参数、接口、稳定性等各方面不能匹配，因而不能取代国外产品。
发明内容
本发明针对现有国内单轨列车辅助电源装置存在的上述不足，提供了一种取代原国外产品的跨座式单轨列车辅助电源装置，该装置能够为单轨列车提供可靠性高、谐波含量小的三相交流电源。
本发明的技术方案是：一种跨座式单轨列车辅助电源装置，该装置包括主电路模块和控制电路模块，主电路模块设有滤波电抗器、预充电电路、支撑电容、三相逆变功率模块和输出变压器，预充电电路通过EMI滤波器与支撑电容连接，三相逆变功率模块通过三相交流滤波器与输出变压器连接，DC1500V电压由滤波电抗器滤波，经预充电电路、EMI滤波器和支撑电容后，由三相逆变功率模块将直流1500V逆变为三相交流电，再经三相交流滤波器滤波后得到低谐波含量的三相准正弦电压，输出变压器进行电压隔离和降压最终输出三相380V、50Hz的交流电，提供给所在单元中压负载和充电机；控制电路模块设有辅助控制单元ACU，用于控制三相交流电的稳定输出。
优选的是，主电路模块的输出端设置有电压及电流传感器，电压及电流传感器与辅助控制单元ACU连接，并将电压电流信号传送至辅助控制单元ACU，辅助控制单元ACU将采集到的电压电流信号进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，实现控制量从交流量转为直流量的转变。
优选的是，辅助控制单元ACU采用DSP+FPGA架构，包括电压电流采样模块、PI调节模块和SVPWM模块，控制方式采用电压电流双闭环控制方式，将实际电压与给定电压进行PI调节，将输出作为电流内环的电流给定，并与实际电流进行PI调节，输出结果作为SVPWM模块的输入，即可得到控制三相逆变功率模块的脉冲信号，从而得到稳定的三相交流输出。
优选的是，三相逆变功率模块采用三相IGBT全控桥功率模块，且功率模块采用热管散热器散热；支撑电容采用高压薄膜电容。
优选的是，辅助控制单元ACU内还设有两级保护，其中，FPGA对IGBT、支撑电容过电压、母线过流、输出过流进行快速保护，DSP通过熟人的各种模拟量进行比较运算实现软件保护。
优选的是，主电路模块采用熔断器进行主电路的短路保护。
本发明的有益效果是：本发明主电路采用模块化设计，结构简单可靠，其中，功率模块采用热管散热器散热，散热功率大，有助于提高IGBT的开关频率，从而减小交流输出波形谐波含量，提高电源质量，更好地保护车载中压设备；支撑电容采用高压薄膜电容，延长了产品的使用寿命和维护周期，产品的可靠性得到提升。本发明控制电路模块中辅助控制单元ACU采用电压电流双闭环控制，将控制量由交流量转换为直流量，并通过SVPWM调制，电压利用率高，使谐波含量降低；且辅助控制单元ACU采用DSP+FPGA控制架构，具有运算能有高和丰富的***设备，可以自动记录辅助电源装置的操作及故障数据。
附图说明
附图1为本发明具体实施例的***拓扑图。
附图2为本发明具体实施例的主电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
一种跨座式单轨列车辅助电源装置，该装置包括主电路模块和控制电路模块，主电路模块设有滤波电抗器、预充电电路、支撑电容、三相逆变功率模块和输出变压器，预充电电路通过EMI滤波器与支撑电容连接，三相逆变功率模块通过三相交流滤波器与输出变压器连接，三相逆变功率模块采用三相IGBT全控桥功率模块，且功率模块采用热管散热器散热，散热功率大，有助于提高IGBT的开关频率，从而减小交流输出波形谐波含量，提高电源质量，更好地保护车载中压设备；支撑电容采用高压薄膜电容，延长了产品的使用寿命和维护周期，产品的可靠性得到提升；控制电路模块设有辅助控制单元ACU，用于控制三相交流电的稳定输出。
主电路模块采用熔断器进行主电路的短路保护。主电路模块的输出端设置有电压及电流传感器，电压及电流传感器与辅助控制单元ACU连接，并将电压电流信号传送至辅助控制单元ACU，辅助控制单元ACU将采集到的电压电流信号进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，实现控制量从交流量转为直流量的转变。
辅助控制单元ACU采用DSP+FPGA架构，包括电压电流采样模块、PI调节模块和SVPWM模块，控制方式采用电压电流双闭环控制方式，将实际电压与给定电压进行PI调节，将输出作为电流内环的电流给定，并与实际电流进行PI调节，输出结果作为SVPWM模块的输入，即可得到控制三相逆变功率模块的6路IGBY脉冲信号，从而得到稳定的三相交流输出。辅助控制单元ACU内还设有两级保护，其中，FPGA对IGBT、支撑电容过电压、母线过流、输出过流进行快速保护，DSP通过输入的各种模拟量进行比较运算实现软件保护。
工作原理：DC1500V电压由滤波电抗器滤波，经预充电电路、EMI滤波器和支撑电容后，由三相IGBT全控桥功率模块将直流1500V逆变为三相交流电，再经三相交流滤波器滤波后得到低谐波含量的三相准正弦电压，输出变压器进行电压隔离和降压最终输出三相380V、50Hz的交流电，提供给所在单元中压负载和充电机。
该辅助电源装置适用于跨座式单轨列车。例如：在六辆编组的跨座式单轨列车中，包含三个辅助电源装置(简称SIV)，三个充电机，两个扩展供电箱，其中，SIV为整车提供3相380V交流电源，设计容量单台100kVA，可过载10％运行1小时，SIV的三相交流输出经充电机得到直流110V，为蓄电池及110V负载供电，扩展供电箱的功能则是在本单元SIV发生故障的情况下通过贯通全列的380V母线由其他单元SIV装置为本单元中低压负载供电。

Claims (6)

1.一种跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：该装置包括主电路模块和控制电路模块，主电路模块设有滤波电抗器、预充电电路、支撑电容、三相逆变功率模块和输出变压器，预充电电路通过EMI滤波器与支撑电容连接，三相逆变功率模块通过三相交流滤波器与输出变压器连接，DC1500V电压由滤波电抗器滤波，经预充电电路、EMI滤波器和支撑电容后，由三相逆变功率模块将直流1500V逆变为三相交流电，再经三相交流滤波器滤波后得到低谐波含量的三相准正弦电压，输出变压器进行电压隔离和降压最终输出三相380V、50Hz的交流电，提供给所在单元中压负载和充电机；控制电路模块设有辅助控制单元ACU，用于控制三相交流电的稳定输出。
2.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：主电路模块的输出端设置有电压及电流传感器，电压及电流传感器与辅助控制单元ACU连接，并将电压电流信号传送至辅助控制单元ACU，辅助控制单元ACU将采集到的电压电流信号进行三相静止坐标系到两相旋转坐标系变换，实现控制量从交流量转为直流量的转变。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：辅助控制单元ACU采用DSP+FPGA架构，包括电压电流采样模块、PI调节模块和SVPWM模块，控制方式采用电压电流双闭环控制方式，将实际电压与给定电压进行PI调节，将输出作为电流内环的电流给定，并与实际电流进行PI调节，输出结果作为SVPWM模块的输入，即可得到控制三相逆变功率模块的脉冲信号，从而得到稳定的三相交流输出。
4.根据权利要求3所述的跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：三相逆变功率模块采用三相IGBT全控桥功率模块，且功率模块采用热管散热器散热；支撑电容采用高压薄膜电容。
5.根据权利要求4所述的跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：辅助控制单元ACU内还设有两级保护，其中，FPGA对IGBT、支撑电容过电压、母线过流、输出过流进行快速保护，DSP通过输入的各种模拟量进行比较运算实现软件保护。
6.根据权利要求1所述的跨座式单轨列车辅助电源装置，其特征在于：主电路模块采用熔断器进行主电路的短路保护。
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