CN112277662A - 一种高速列车应急自走行***的dc3000v电路拓扑结构 - Google Patents

一种高速列车应急自走行***的dc3000v电路拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，包括主牵引逆变器、牵引电机、中高频辅助变流器、双向充电机、动力电池、双向直‑直变换器及蓄电池，其中中高频辅助变流器采用先降压后逆变式的直‑交电路拓扑结构，双向充电机采用多模块级联拓扑结构。本发明通过采用中高频辅助变流器代替传统辅助变流器和工频隔离变压器，双向直‑直变换器代替原有双向充电机中的前级整流器和后级直‑直变换器的两级拓扑结构，能有效地减小应急自走行***的体积和重量，提高***的能量密度和工作效率。

Description

一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构
技术领域
本发明涉及应急自走行***拓扑技术领域，具体涉及一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构。
背景技术
目前，我国已成为世界上高铁运营里程最长、在建规模最大、高速列车运行数量最多的国家。但是随着高速铁路迅速发展，高铁运营安全问题越来越受到人们的重视，在高铁运行中，接触网不供电、动车组不升受电弓、高压和牵引设备不工作等故障都会导致列车停运，严重影响铁路运营和乘客出行。
应急自走行***能在接触网断电时，为列车提供电能，使列车低速运行一段时间，并维持车厢的通风、照明***，该***的出现解决了列车运行的一大难题。现有的应急***由传统辅助变流器、工频变压器、双向充电机、动力电池和蓄电池等设备组成。列车正常运行时，接触网为牵引电机供电，提供列车行驶所需的动能；此外，通过辅助变流器和双向充电机为动力电池和蓄电池充电。
当接触网发生故障时，动力电池通过双向充电机放电，分别为交流用电设备和牵引电机供电，蓄电池则为直流用电设备供电。此时，列车的空调等交流用电设备正常工作，列车保持低速运行。但是由于工频变压器笨重、能量密度低等缺点，应急自走行***的具有功率损耗大、功率传输效率低等不足，因此对现有的应急自走行***拓扑进行优化，能有效提高列车性能和保障铁路运营安全。
发明内容
针对现有应急自走行***由于采用工频隔离变压器而造成***的体积和重量较大、***工作过程中传输损耗较大和***效率较低等缺陷，本发明提供了一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，以实现提高***的工作效率及功率密度。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，包括主牵引逆变器、牵引电机、中高频辅助变流器、双向充电机、动力电池、双向直-直变换器及蓄电池；
所述主牵引逆变器和中高频辅助变流器的输入端共同连接在第一直流母线上，所述主牵引逆变器的输出端连接牵引电机；
所述中高频辅助变流器的输出端通过第一交流母线与高速列车交流用电设备的输入端连接；
所述双向充电机的输入端连接在第一直流母线上，其输出端连接在第二直流母线上；
所述动力电池的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与所述主牵引逆变器、中高频辅助变流器、及双向充电机的输入端连接；
所述双向直-直变换器的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与蓄电池输入端连接，并通过第三直流母线与高速列车直流设备的输入端连接。
进一步地，所述中高频辅助变流器采用先降压后逆变式的直-交电路拓扑结构，包括前级直-直变换电路和后级三相逆变电路；其中前级直-直变换电路包括输入串联的Boost变换器，及在每个Boost变换器后级接入的LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器并联输出至第二直流母线；后级三相逆变电路包括三相逆变器，所述三相逆变器的输入端与LLC谐振变换器的输出端连接。
进一步地，所述输入串联的Boost变换器的包括第一Boost变换器和第二Boost变换器，所述第一Boost变换器后级接入第一LLC谐振变换器，所述第二Boost变换器后级接入第二LLC谐振变换器。
进一步地，所述第一Boost变换器包括开关管Q1，所述开关管Q1的漏极分别与电感L1及二极管D1正极连接，所述电感L1另一端连接正输入端，所述二极管D1负极经过电容C1与开关管Q1的源极连接第二Boost变换器。
进一步地，所述第一LLC谐振变换器包括开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8和开关管Q9，所述开关管Q2和开关管Q3的漏极均与二极管D1负极连接，所述开关管Q4和开关管Q5的源极均与开关管Q1的源极连接，所述开关管Q2的源极与开关管Q4的漏极连接且连接端经过电感L2与变压器T1的端口1连接，所述开关管Q3的源极与开关管Q5的漏极连接且连接端经过电容C2与变压器T1的端口2连接，所述开关管Q6和开关管Q7的漏极均连接正输出端，所述开关管Q8和开关管Q9的源极均连接负输出端，所述开关管Q6的源极与开关管Q8的漏极连接且连接端与变压器T1的端口3连接，所述开关管Q7的源极与开关管Q9的漏极连接且连接端与变压器T1的端口4连接。
进一步地，所述第二Boost变换器包括开关管Q10，所述开关管Q10的漏极分别与电感L3及二极管D2正极连接，所述电感L3另一端与开关管Q1的源极连接，所述二极管D2负极经过电容C3与开关管Q2的源极连接负输入端。
进一步地，所述第二LLC谐振变换器包括开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13、开关管Q14、开关管Q15、开关管Q16、开关管Q17和开关管Q18，所述开关管Q11和开关管Q12的漏极均与二极管D2负极连接，所述开关管Q13和开关管Q14的源极均与开关管Q10的源极连接，所述开关管Q11的源极与开关管Q13的漏极连接且连接端经过电感L4与变压器T2的端口1连接，所述开关管Q12的源极与开关管Q14的漏极连接且连接端经过电容C4与变压器T2的端口2连接，所述开关管Q15和开关管Q16的漏极均连接正输出端，所述开关管Q17和开关管Q18的源极均连接负输出端，所述开关管Q15的源极与开关管Q17的漏极连接且连接端与变压器T2的端口3连接，所述开关管Q16的源极与开关管Q18的漏极连接且连接端与变压器T2的端口4连接。
进一步地，所述三相逆变器包括开关管Q19、开关管Q20、开关管Q21、开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24，所述开关管Q19、开关管Q20和开关管Q21的漏极均连接正输入端，所述开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24的源极均连接负输入端，所述开关管Q19的源极与开关管Q22的漏极连接且连接端经过电感L5与三相输出端1连接，所述开关管Q20的源极与开关管Q23的漏极连接且连接端经过电感L6与三相输出端2连接，所述开关管Q21的源极与开关管Q24的漏极连接且连接端经过电感L7与三相输出端3连接。
进一步地，所述双向充电机采用多模块级联拓扑结构，包括两个及以上结构对称的输入串联输出并联的双有源全桥隔离变换器。
进一步地，所述双有源全桥隔离变换器包括开关管Q25、开关管Q26、开关管Q27、开关管Q28、开关管Q29、开关管Q30、开关管Q31和开关管Q32，所述开关管Q25和开关管Q26的漏极均连接正输入端，所述开关管Q27和开关管Q28的源极均连接负输入端，所述开关管Q25的源极与开关管Q27的漏极连接且连接端经过电感L8与变压器T3的端口1连接，所述开关管Q26的源极与开关管Q28的漏极连接且连接端经过电容C5与变压器T3的端口2连接，所述开关管Q29和开关管Q30的漏极均连接正输出端，所述开关管Q31和开关管Q32的源极均连接负输出端，所述开关管Q29的源极与开关管Q31的漏极连接且连接端与变压器T3的端口3连接，所述开关管Q30的源极与开关管Q32的漏极连接且连接端与变压器T3的端口4连接。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提出了一种用于高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，除了能有效实现接触网故障断电时列车安全运行、方便实施救援等优点外，该拓扑结构通过采用中高频辅助变流器代替传统辅助变流器和工频变压器，双向直-直变换器代替了原有双向充电机中的前级整流器和后级直-直变换器的两级拓扑结构，能有效降低***的体积和重量，提高***的功率密度。
（2）本发明还提出了采用输入串联输出并联的直-直变换器提升双向充电机的输出能力，能够满足后级负载要求。同时，有利于对直-直变换器的控制策略进行优化，进一步提升***工作性能。
附图说明
图1为本发明的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构示意图；
图2为本发明中DC3000V拓扑正常工况下的电流路径图；
图3为本发明中DC3000V拓扑应急自走行工况下的电流路径图；
图4 为本发明中中高频辅助变流器的前级直-直变换电路拓扑结构图；
图5为本发明中中高频辅助变流器的前级直-直变换电路原理图；
图6为本发明中中高频辅助变流器的后级三相逆变电路拓扑结构图；
图7为本发明中中高频辅助变流器的后级三相逆变电路原理图；
图8为本发明中双向充电机的直-直变换器拓扑原理图；
图9为本发明中双向充电机的直-直变换器电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本发明实施例提供了一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，包括主牵引逆变器、牵引电机、中高频辅助变流器、双向充电机、动力电池、双向直-直变换器及蓄电池；
主牵引逆变器和中高频辅助变流器的输入端共同连接在第一直流母线上，主牵引逆变器的输出端连接牵引电机；
中高频辅助变流器的输出端通过第一交流母线与高速列车交流用电设备的输入端连接；
双向充电机的输入端连接在第一直流母线上，其输出端连接在第二直流母线上；
动力电池的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与主牵引逆变器、中高频辅助变流器、及双向充电机的输入端连接；
双向直-直变换器的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与蓄电池输入端连接，并通过第三直流母线与高速列车直流设备的输入端连接。
在本实施例中，主牵引逆变器和牵引电机包括直-交逆变电路和牵引电动机以及对应的控制设备。主牵引逆变器输入端连接的第一直流母线具体为DC3000V直流母线。
在本实施例中，中高频辅助变流器采用先降压后逆变式的直-交电路拓扑结构，包括前级直-直变换电路和后级三相逆变电路；其中前级直-直变换电路包括输入串联的Boost变换器，及在每个Boost变换器后级接入的LLC谐振变换器，LLC谐振变换器并联输出至后级三相逆变电路；后级三相逆变电路包括三相逆变器，三相逆变器的输入端与LLC谐振变换器的输出端连接，三相逆变器的输出端通过第一交流母线与高速列车交流用电设备的输入端连接，第一交流母线具体为AC380V交流母线。
上述两级式拓扑的控制方法包括两种，第一种只控制前级调压电路的输出，从而保证后级LLC谐振直流变压器输出恒定；第二种将两级模块看成一个整体，直接控制后级LLC谐振变换器的输出。
由于直流侧电压等级较高，采用传统的Buck变换器和Boost变换器会导致器件选型困难且不利于***的优化，因此常采用多模块结构或多电平结构。基于多模块方案便于***扩展，且随着功率器件的耐压等级提高，设计方法易于继承，模块化的思想也被广泛应用。当器件的耐压等级提高，多电平的拓扑也将转化为传统两电平拓扑结构。所以前级采用输入串联输出独立的Boost调压电路，这样开关管上的耐压可降低为原来的一半。同时两模块Boost电路采用交错控制，第二个模块的脉冲与第一个模块脉冲相差180°，可以实现输入电感上的脉动频率增加为开关频率的两倍，同时脉动幅值大大减小，减小输入电感的体积。
例如，两个模块独立输出的Boost调压电路与LLC直流变压器级联，整个***构成ISOP的结构。同时，当LLC谐振变换器的输入电压为Vin，输出电压为Vo，变压器的变比为k，谐振变换器的电压增益M(M=kVo/Vin)恒定为1，所以每个前级调压电路的输入电压相同，相同占空比控制下的调压电路的输入电压也相同，***模块能够保证在谐振电路参数不一致的情况下实现模块之间的功率均衡。因此该拓扑结构可以满足大功率、高频化辅助变流器的需求。
如图4和图5所示，输入串联的Boost变换器的包括第一Boost变换器和第二Boost变换器，第一Boost变换器后级接入第一LLC谐振变换器，第二Boost变换器后级接入第二LLC谐振变换器。
第一Boost变换器包括开关管Q1，开关管Q1的漏极分别与电感L1及二极管D1正极连接，电感L1另一端连接正输入端，二极管D1负极经过电容C1与开关管Q1的源极连接第二Boost变换器。
第一LLC谐振变换器包括开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8和开关管Q9，开关管Q2和开关管Q3的漏极均与二极管D1负极连接，开关管Q4和开关管Q5的源极均与开关管Q1的源极连接，开关管Q2的源极与开关管Q4的漏极连接且连接端经过电感L2与变压器T1的端口1连接，开关管Q3的源极与开关管Q5的漏极连接且连接端经过电容C2与变压器T1的端口2连接，开关管Q6和开关管Q7的漏极均连接正输出端，开关管Q8和开关管Q9的源极均连接负输出端，开关管Q6的源极与开关管Q8的漏极连接且连接端与变压器T1的端口3连接，开关管Q7的源极与开关管Q9的漏极连接且连接端与变压器T1的端口4连接。
第二Boost变换器包括开关管Q10，开关管Q10的漏极分别与电感L3及二极管D2正极连接，电感L3另一端与开关管Q1的源极连接，二极管D2负极经过电容C3与开关管Q2的源极连接负输入端。
第二LLC谐振变换器包括开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13、开关管Q14、开关管Q15、开关管Q16、开关管Q17和开关管Q18，开关管Q11和开关管Q12的漏极均与二极管D2负极连接，开关管Q13和开关管Q14的源极均与开关管Q10的源极连接，开关管Q11的源极与开关管Q13的漏极连接且连接端经过电感L4与变压器T2的端口1连接，开关管Q12的源极与开关管Q14的漏极连接且连接端经过电容C4与变压器T2的端口2连接，开关管Q15和开关管Q16的漏极均连接正输出端，开关管Q17和开关管Q18的源极均连接负输出端，开关管Q15的源极与开关管Q17的漏极连接且连接端与变压器T2的端口3连接，开关管Q16的源极与开关管Q18的漏极连接且连接端与变压器T2的端口4连接。正输出端与输出端之间并联电容C6。
如图6和图7所示，三相逆变器包括开关管Q19、开关管Q20、开关管Q21、开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24，所述开关管Q19、开关管Q20和开关管Q21的漏极均连接正输入端，所述开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24的源极均连接负输入端，所述开关管Q19的源极与开关管Q22的漏极连接且连接端经过电感L5与三相输出端1连接，所述开关管Q20的源极与开关管Q23的漏极连接且连接端经过电感L6与三相输出端2连接，所述开关管Q21的源极与开关管Q24的漏极连接且连接端经过电感L7与三相输出端3连接。三相输出端1、2、3之间分别并联电容C7、电容C8和电容C9。
本发明采用中高频辅助变流器能够替代掉原有应急自走拓扑中的传统辅助变流器和工频变压器，还能够去掉笨重、损耗高的工频隔离变压器，有利于减少***的损耗和提高***的功率密度，从而提升应急自走行***的工作性能。
在本实施例中，双向充电机和双向直-直变换器均可以结合不同的实际需求采用不同的优化拓扑，具有采用双有源全桥隔离变换器、双向全桥串联谐振变换器、全桥LLC谐振变换器或多模块级联的直-直变换器中的一种。
在本实施例中，双向充电机采用多模块级联拓扑结构，包括两个及以上结构对称的输入串联输出并联的双有源全桥隔离变换器，即输入串联输出并联的双有源全桥隔离变换器每一个模块的输入端子串联接入DC3000V直流母线，每一个输入串联输出并联的双有源全桥隔离变换器的输出端并联接入第二直流母线，即DC650V直流母线。双向充电机直接从DC3000V直流母线取电，能省去双向充电机的前级逆变电路，从而实现***效率优化和性能提升。
本发明采用输入串联输出并联（Input Series and Output Parallel，ISOP）的双有源全桥隔离变换器（Dual Active Bridge-Isolated Bidirectional DC-DC Converter，DAB）提升充电机的输出能力。并且，双向充电机工作模式相对简单，同时能够采用全方面优化控制方法提升其稳态及动态工作性能，可灵活应用于高速列车应急自走行***。
如图8和图9所示，双有源全桥隔离变换器包括开关管Q19、开关管Q20、开关管Q21、开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24、开关管Q25和开关管Q26，开关管Q19和开关管Q20的漏极均连接正输入端，开关管Q21和开关管Q22的源极均连接负输入端，开关管Q19的源极与开关管Q21的漏极连接且连接端经过电感L5与变压器T3的端口1连接，开关管Q20的源极与开关管Q22的漏极连接且连接端经过电容C5与变压器T3的端口2连接，开关管Q23和开关管Q24的漏极均连接正输出端，开关管Q25和开关管Q26的源极均连接负输出端，开关管Q23的源极与开关管Q25的漏极连接且连接端与变压器T3的端口3连接，开关管Q24的源极与开关管Q26的漏极连接且连接端与变压器T3的端口4连接。
当在高电压大功率场合应用时，开关器件所承受的电压、电流应力较大，容易导致器件损耗和寿命降低，因此本发明采用多模块级联直-直变换器来有效解决该问题。多模块级联又分为串联输入并联输出和独立输入并联输出的拓扑。输入端串联时，各个模块承受的电压应力为总电压应力/模块数，能有效的减小器件承受的电压应力，可选择耐压值较低的开关器件；同理输出端并联时，各个模块承受的电流应力为总电流应力/模块数，能有效的减小器件承受的电流应力。即使采用级联模块的直-直变换器会导致开关器件的数量增加，造成一定成本的增加，但是当开关器件承受的电压/电流应力显著减小时，器件的成本将会大量减小，因此总***的成本也会较小。
如图2所示，本发明采用双向直-直变换器充电机替代双向充电机逆变器和工频变压器，三相AC380V交流母线仅为交流用电设备供电。通过应用该拓扑，在稳定工作状态下，DC3000V直流母线通过中高频辅助变流器转换为三相AC380V/50Hz的交流电，为后级用电设备供电。双向直-直变换器通过DC3000V直流母线取电，将电压转化为DC650V，为动力电池及后级直-直变换器供电。后级直-直变换器将DC650V转换为DC110V，为DC110V蓄电池及直流用电设备供电。
如图3所示，当接触网发生故障或高速列车失电时，列车运行在应急自走行工况下，***失去外部供电。DC650V动力电池首先与DC650V直流母线相连，通过双向直-直变换器充电机和中高频辅助逆变器的后级逆变电路，将DC650V直流母线转换为三相AC380V交流电，为交流用电设备供电。在交流用电设备正常工作之后，动力电池与DC3000V直流母线之间的继电器闭合，主牵引逆变器启动，使列车低速运行。
与原有采用三相AC380V供电的应急自走行***相比，本发明的DC3000V的应急自走行***采用中高频辅助变流器和双向直-直充电机代替了传统辅助变流器、工频隔离变压器和传统双向充电机，能够有效降低***整体体积，提升工作效率。采用输入串联输出并联的直-直变换器提升充电机的输出能力，能够满足后级负载要求。同时，针对单模块直-直变换器，多模块直-直变换器等进行优化控制与设计，可以进一步提升***工作性能。
本发明的中高频辅助变流器和双向变电机中所有的开关管均为全控型开关器件，包括场效应晶体管或绝缘栅双极型晶体管。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，包括主牵引逆变器、牵引电机、中高频辅助变流器、双向充电机、动力电池、双向直-直变换器及蓄电池；
所述主牵引逆变器和中高频辅助变流器的输入端共同连接在第一直流母线上，所述主牵引逆变器的输出端连接牵引电机；
所述中高频辅助变流器的输出端通过第一交流母线与高速列车交流用电设备的输入端连接；
所述双向充电机的输入端连接在第一直流母线上，其输出端连接在第二直流母线上；
所述动力电池的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与所述主牵引逆变器、中高频辅助变流器、及双向充电机的输入端连接；
所述双向直-直变换器的输入端连接在第二直流母线上，其输出端与蓄电池输入端连接，并通过第三直流母线与高速列车直流设备的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述中高频辅助变流器采用先降压后逆变式的直-交电路拓扑结构，包括前级直-直变换电路和后级三相逆变电路；其中前级直-直变换电路包括输入串联的Boost变换器，及在每个Boost变换器后级接入的LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器并联输出至后级三相逆变电路；后级三相逆变电路包括三相逆变器，所述三相逆变器的输入端与LLC谐振变换器的输出端连接。
3.根据权利要求2所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述输入串联的Boost变换器的包括第一Boost变换器和第二Boost变换器，所述第一Boost变换器后级接入第一LLC谐振变换器，所述第二Boost变换器后级接入第二LLC谐振变换器。
4.根据权利要求3所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述第一Boost变换器包括开关管Q1，所述开关管Q1的漏极分别与电感L1及二极管D1正极连接，所述电感L1另一端连接正输入端，所述二极管D1负极经过电容C1与开关管Q1的源极连接第二Boost变换器。
5.根据权利要求4所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述第一LLC谐振变换器包括开关管Q2、开关管Q3、开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6、开关管Q7、开关管Q8和开关管Q9，所述开关管Q2和开关管Q3的漏极均与二极管D1负极连接，所述开关管Q4和开关管Q5的源极均与开关管Q1的源极连接，所述开关管Q2的源极与开关管Q4的漏极连接且连接端经过电感L2与变压器T1的端口1连接，所述开关管Q3的源极与开关管Q5的漏极连接且连接端经过电容C2与变压器T1的端口2连接，所述开关管Q6和开关管Q7的漏极均连接正输出端，所述开关管Q8和开关管Q9的源极均连接负输出端，所述开关管Q6的源极与开关管Q8的漏极连接且连接端与变压器T1的端口3连接，所述开关管Q7的源极与开关管Q9的漏极连接且连接端与变压器T1的端口4连接。
6.根据权利要求5所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述第二Boost变换器包括开关管Q10，所述开关管Q10的漏极分别与电感L3及二极管D2正极连接，所述电感L3另一端与开关管Q1的源极连接，所述二极管D2负极经过电容C3与开关管Q2的源极连接负输入端。
7.根据权利要求6所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述第二LLC谐振变换器包括开关管Q11、开关管Q12、开关管Q13、开关管Q14、开关管Q15、开关管Q16、开关管Q17和开关管Q18，所述开关管Q11和开关管Q12的漏极均与二极管D2负极连接，所述开关管Q13和开关管Q14的源极均与开关管Q10的源极连接，所述开关管Q11的源极与开关管Q13的漏极连接且连接端经过电感L4与变压器T2的端口1连接，所述开关管Q12的源极与开关管Q14的漏极连接且连接端经过电容C4与变压器T2的端口2连接，所述开关管Q15和开关管Q16的漏极均连接正输出端，所述开关管Q17和开关管Q18的源极均连接负输出端，所述开关管Q15的源极与开关管Q17的漏极连接且连接端与变压器T2的端口3连接，所述开关管Q16的源极与开关管Q18的漏极连接且连接端与变压器T2的端口4连接。
8.根据权利要求7所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述三相逆变器包括开关管Q19、开关管Q20、开关管Q21、开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24，所述开关管Q19、开关管Q20和开关管Q21的漏极均连接正输入端，所述开关管Q22、开关管Q23、开关管Q24的源极均连接负输入端，所述开关管Q19的源极与开关管Q22的漏极连接且连接端经过电感L5与三相输出端1连接，所述开关管Q20的源极与开关管Q23的漏极连接且连接端经过电感L6与三相输出端2连接，所述开关管Q21的源极与开关管Q24的漏极连接且连接端经过电感L7与三相输出端3连接。
9.根据权利要求1所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述双向充电机采用多模块级联拓扑结构，包括两个及以上结构对称的输入串联输出并联的双有源全桥隔离变换器。
10.根据权利要求9所述的高速列车应急自走行***的DC3000V电路拓扑结构，其特征在于，所述双有源全桥隔离变换器包括开关管Q25、开关管Q26、开关管Q27、开关管Q28、开关管Q29、开关管Q30、开关管Q31和开关管Q32，所述开关管Q25和开关管Q26的漏极均连接正输入端，所述开关管Q27和开关管Q28的源极均连接负输入端，所述开关管Q25的源极与开关管Q27的漏极连接且连接端经过电感L8与变压器T3的端口1连接，所述开关管Q26的源极与开关管Q28的漏极连接且连接端经过电容C5与变压器T3的端口2连接，所述开关管Q29和开关管Q30的漏极均连接正输出端，所述开关管Q31和开关管Q32的源极均连接负输出端，所述开关管Q29的源极与开关管Q31的漏极连接且连接端与变压器T3的端口3连接，所述开关管Q30的源极与开关管Q32的漏极连接且连接端与变压器T3的端口4连接。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115995804A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 广州地铁设计研究院股份有限公司 城市轨道交通柔性直流配电***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101863230A (zh) * 2009-04-15 2010-10-20 株式会社东芝 电动车的功率存储控制装置和方法
CN107878228A (zh) * 2017-10-26 2018-04-06 北京北交新能科技有限公司 一种可实现动车组应急走行的新型辅助供电***及方法
JP2018107987A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社東芝 鉄道車両用回路システム
CN109383530A (zh) * 2018-12-05 2019-02-26 中车长春轨道客车股份有限公司 一种应急自行走的动车牵引***
CN110569525A (zh) * 2019-06-24 2019-12-13 华北电力大学 一种适用于dab构成的isop型dc-dc变换器的等效建模方法
US20200189404A1 (en) * 2017-05-05 2020-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Electric charging system and method
CN111532291A (zh) * 2020-04-24 2020-08-14 北京北交新能科技有限公司 轨道交通无网自行走双路输出蓄电池与双向充电机***
CN111572567A (zh) * 2020-04-24 2020-08-25 北京北交新能科技有限公司 轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流***

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101863230A (zh) * 2009-04-15 2010-10-20 株式会社东芝 电动车的功率存储控制装置和方法
JP2018107987A (ja) * 2016-12-28 2018-07-05 株式会社東芝 鉄道車両用回路システム
US20200189404A1 (en) * 2017-05-05 2020-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Electric charging system and method
CN107878228A (zh) * 2017-10-26 2018-04-06 北京北交新能科技有限公司 一种可实现动车组应急走行的新型辅助供电***及方法
CN109383530A (zh) * 2018-12-05 2019-02-26 中车长春轨道客车股份有限公司 一种应急自行走的动车牵引***
CN110569525A (zh) * 2019-06-24 2019-12-13 华北电力大学 一种适用于dab构成的isop型dc-dc变换器的等效建模方法
CN111532291A (zh) * 2020-04-24 2020-08-14 北京北交新能科技有限公司 轨道交通无网自行走双路输出蓄电池与双向充电机***
CN111572567A (zh) * 2020-04-24 2020-08-25 北京北交新能科技有限公司 轨道交通用无网自行走蓄电池与直流母线双向变流***

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘川: "三相辅助逆变器控制***研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
刘建强等: "基于LLC谐振变换器的电力电子牵引变压器控制策略研究", 《电工技术学报》 *
周光军: "基于Boost+LLC谐振变换器的多模块输入串联输出并联***研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》 *
高晨祥: ""输入串联输出并联型双有源桥变换器等效建模方法"", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115995804A (zh) * 2023-03-23 2023-04-21 广州地铁设计研究院股份有限公司 城市轨道交通柔性直流配电***
CN115995804B (zh) * 2023-03-23 2023-05-26 广州地铁设计研究院股份有限公司 城市轨道交通柔性直流配电***

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