CN106160180A - 一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，包括主电AC1、备电AC2、第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB、双电源自动转换开关ATS、蓄电池GB、二极管FD、高频开关电源模块SPM、隔离变压器T、不间断交流模块、快速切换应急模块、第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2。其中，所述不间断交流模块包括整流器U、逆变器UI、静态开关STS，所述快速切换应急模块包括逆变器UI、静态开关STS。本发明配置集中，减少整体的电源数量，提高设备可靠性；采用集中监控与集中管理方式，可以提高运营维护人员的工作效率,减轻劳动强度；可按照设备对于电源要求的不同，设计不同的供电方式，不仅能够保证设备正常运行，而且具有节能的特点。

Description

一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统
技术领域
本发明涉及电学领域，发电、变电或配电分支，范围是交流和直流之间、直流和交流之间变换的设备，具体是一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统。
背景技术
随着城市轨道交通线网建设的不断推进，城市轨道交通车站供电系统供电要求和方式不断地深入规定，保证了城市轨道交通车站安全、可靠供电。现有城市轨道交通专用通信系统、门禁系统、综合监控系统、乘客信息系统等多采用独立的、分散式电源供电方式。各分散式电源的运行方式各不相同，其可靠性也各不相同，现有方式可能造成因部分电源的可靠性差，造成整体城市轨道系统出现问题。轨道交通站台属于一级负荷，提高电源供电的可靠性是应用方面的主要问题之一。
另外，城市轨道交通通信系统、信号系统、综合监控系统、火灾自动报警系统、自动售检票系统、乘客信息系统、办公自动化系统，在设计和现场设备中通常应用在线式UPS供电，UPS经过整流与逆变双变换方式供电，其双变换电能消耗达负载总功耗的5％以上，以UPS带50KW负载为例，UPS将有2.5KW的损耗，每年的耗电总量达2.2万度电以上。如何提高电源节能运行与提高效率是人们急于解决的问题。
发明内容
本发明提供的一种轨道交通集中式节能交流电源系统，按照设备对于电源要求的不同，设计不同的供电方式，给城市轨道交通供电系统不同的负载供电，实现供电的可靠性和节能的目的。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，包括主电AC1、备电AC2，输入断路器QFA、QFB，双电源自动转换开关ATS，蓄电池GB、二极管FD、高频开关电源模块SPM、隔离变压器T、不间断交流模块1、快速切换应急模块2、输出断路器QF1、QF2、负载3。
所述主电AC1、备电AC2分别通过第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB与双电源自动转换开关ATS连接，所述蓄电池GB依次通过高频开关电源模块SPM与二极管FD阳极连接，所述双电源自动转换开关ATS分别连接高频开关电源模块SPM和隔离变压器T，所述二极管FD阴极依次连接不间断交流模块1、快速切换应急模块2，所述隔离变压器T分别与不间断交流模块1、快速切换应急模块2连接，所述不间断交流模块1和所述快速切换应急模块2分别通过隔离变压器T与第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2相连，所述第一输出断路器QF1和所述第二输出断路器QF2分别与负载3连接。
不间断交流模块1包括整流器U、逆变器UI、静态开关STS；快速切换应急模块2包括逆变器UI、静态开关STS；负载3包括城市轨道交通专用通信系统、综合监控系统、乘客信息系统、门禁系统、自动售检票系统、火灾自动报警系统和安检系统。
所述不间断交流模块中整流器U通过逆变器UI连接在一个静态开关STS上，其中，另一个静态开关STS与整流器U、逆变器UI、静态开关STS并联；所述逆变器UI与一个静态开关STS相连,所述的一个静态开关STS通过另一静态开关STS与隔离变压器T相连。所述多个不间断交流模块和所述多个快速切换应急模块分别通过多个隔离变压器T与第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2连接。
其中，城市轨道交通专用通信系统、综合监控系统乘客信息系统等对于电源要求较高，采用所述不间断电源方式供电；对于门禁系统、在自动售检票、火灾自动报警和安检系统采用切换时间小于5ms的所述应急电源方式供电。
当两路市电都正常时，所述系统由主电AC1供电，所述主电AC1通过输入断路器QFA连接到双电源自动转换开关ATS，所述的双电源自动转换开关ATS分路供电，第一路经高频开关电源模块SPM给蓄电池GB充电；第二路经隔离变压器T，通过多组不间断交流模块中整流器U成直流电，经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第一输出断路器QF1上；第三路经隔离变压器T，通过多组快速切换应急模块中静态开关STS，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第二输出断路器QF2。
当主电AC1断电时，切换至备电AC2供电，整个系统仍然按照主电正常状态时运行。切换过程中，系统输入端因双电源切换装置切换动作，将有切换间断时间，但是，由于在直流侧蓄电池GB和整流器U整流输出之间无间断的切换方式，不会产生交流输出的中断。
当主电AC1、备电AC2都断电时，所述系统由所述蓄电池GB供电，所述蓄电池GB经二极管FD分路供电，一路连接多组不间断交流模块中的整流器U成直流电，再经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第一输出断路器QF1上；另一路连接多组快速切换应急模块中的逆变器UI变换成交流电，所述的逆变器UI通过静态开关STS与隔离变压器T相连，所述隔离变压器T再与第二输出断路器QF2相连。
本发明的有益效果：城市轨道交通集中式节能交流电源系统是将各自独立的电源系统进行系统化的整合，形成集中与节能的电源供电方式。这种方式有以下优点：
(1)通过对各系统电源的整合,节省机房的建筑面积，可以降低整体电源系统的成本；
(2)统一电源设备的型号，便于设备的集中采购；
(3)从供电可靠性角度而言，集中配置，减少整体的电源数量，提高设备可靠性；
(4)采用集中监控与集中管理方式，可以提高运营维护人员的工作效率,减轻劳动强度；
(5)按照设备对于电源要求的不同，设计不同的供电方式，不仅能够保证设备正常运行，而且具有节能的特点。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统主电路图。
具体实施方式
图1是一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，包括主电AC1、备电AC2、第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB、双电源自动转换开关ATS、蓄电池GB、二极管FD、高频开关电源模块SPM、隔离变压器T、不间断交流模块1、快速切换应急模块2、输出断路器QF1、QF2、负载3。
所述主电AC1、备电AC2分别通过第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB与双电源自动转换开关ATS的相连，所述双电源自动转换开关ATS的另一端分别与高频开关电源模块SPM、多个隔离变压器T相连；所述多个隔离变压器T分别连接多个不间断交流模块1、快速切换应急模块2；所述不间断交流模块1包括整流器U、逆变器UI、两个静态开关STS，所述整流器U通过逆变器UI连接在一个静态开关STS上，其中，另一个静态开关STS与整流器U、逆变器UI、静态开关STS并联；所述快速切换应急模块2包括逆变器UI、两个静态开关STS，所述逆变器UI与一个静态开关STS相连,所述的一个静态开关STS通过另一静态开关STS与隔离变压器T相连。所述多个不间断交流模块1和所述多个快速切换应急模块2分别通过多个隔离变压器T与第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2连接；所述蓄电池GB与高频开关电源模块SPM相连，再与二极管FD的阳极相连，所述二极管FD的阴极依次与多个不间断交流模块1中的整流器U和逆变器UI之间的节点相连，再依次与多个快速切换应急模块2中的逆变器UI相连。
两路市电都正常时，整个系统由主电AC1供电，主电AC1通过输入断路器QFA连接到双电源自动转换开关ATS，所述的双电源自动转换开关ATS分路供电，第一路经高频开关电源模块SPM给蓄电池GB充电；第二路经隔离变压器T，通过多组不间断交流模块中整流器U成直流电，经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第一输出断路器QF1上，通过第一输出断路器QF1给城市轨道交通专用通信系统，综合监控系统、乘客信息系统供电；第三路经隔离变压器T，通过多组快速切换应急模块中静态开关STS，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第二输出断路器QF2，通过第二输出断路器QF2给门禁系统、自动售检票、火灾自动报警系统和安检系统供电。
当主电AC1断电时，切换至备电AC2供电，整个系统仍然按照主电正常状态时运行。切换过程中，系统输入端因双电源切换装置切换动作，将有切换间断时间，但是，由于在直流侧蓄电池GB和整流器U整流输出之间无间断的切换方式，不会产生交流输出的中断。
当主电AC1、备电AC2都断电时，整个系统由蓄电池GB供电，蓄电池GB经二极管FD分路供电，一路连接多个不间断交流模块1中的整流器U成直流电，再经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到第一输出断路器QF1上,通过第一输出断路器QF1给城市轨道交通专用通信系统，综合监控系统、乘客信息系统供电；另一路连接多个快速切换应急模块2中的逆变器UI变换成交流电，所述的逆变器UI通过静态开关STS与隔离变压器T相连，最后通过输出断路器QF2给门禁系统、自动售检票、火灾自动报警系统和安检系统供电。
当双电源两路市电都正常或只有一路市电正常，且不间断交流模块中整流器U/逆变器UI或快速切换应急模块中逆变器UI发生故障时，电源经隔离变压器T连接到不间断交流模块或快速切换应急模块中静态开关STS，再通过隔离变压器T为负载供电；当某一个不间断交流模块1或快速切换应急模块2发生故障，其他的模块正常运行，则故障模块退出运行；其他的模块承担系统全部负载运行；如果过载则自动切换到静态旁路，切换静态旁路的切换时间应该满足负载对于电源切换时间的要求。
当双电源两路市电都断电时，且不间断交流模块1或快速切换应急模块2中逆变器UI发生故障，则蓄电池GB通过二极管FD与不间断交流模块1和快速切换应急模块2中静态开关STS连接，再通过隔离变压器T给负载供电；当某一个不间断交流模块1或快速切换应急模块2发生故障，正常的模块将按照蓄电池输入模式运行。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：包括主电AC1、备电AC2、第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB、双电源自动转换开关ATS、蓄电池GB、二极管FD、高频开关电源模块SPM、隔离变压器T、不间断交流模块(1)、快速切换应急模块(2)、第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2、负载(3)；
所述主电AC1、备电AC2分别通过第一输入断路器QFA、第二输入断路器QFB与双电源自动转换开关ATS连接，所述蓄电池GB依次通过高频开关电源模块SPM与二极管FD阳极连接，所述双电源自动转换开关ATS分别连接高频开关电源模块SPM和隔离变压器T，所述二极管FD阴极依次连接不间断交流模块、快速切换应急模块，所述隔离变压器T分别与不间断交流模块(1)、快速切换应急模(2)块连接，所述不间断交流模块(1)和所述快速切换应急模块(2)分别通过隔离变压器T与第一输出断路器QF1、第二输出断路器QF2相连，所述第一输出断路器QF1和所述第二输出断路器QF2分别与负载(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：所述不间断交流模块(1)包括整流器U、逆变器UI、静态开关STS；所述快速切换应急模块(2)包括逆变器UI、静态开关STS。
3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：所述不间断交流模块中所述整流器U通过逆变器UI连接在一个静态开关STS上，其中，另一个静态开关STS与整流器U、逆变器UI、一个静态开关STS并联；所述快速切换应急模块中所述逆变器UI与一个静态开关STS相连,所述的一个静态开关STS通过另一静态开关STS与隔离变压器T相连。
4.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：所述负载(3)中的城市轨道交通专用通信系统、综合监控系统和乘客信息系统采用不间断电源方式供电；所述负载(3)中的门禁系统、自动售检票系统、火灾自动报警系统和安检系统采用切换时间小于5ms的应急电源方式供电。
5.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：当两路市电都正常时，所述系统由主电AC1供电，所述主电AC1通过第一输入断路器QFA连接到双电源自动转换开关ATS，所述的双电源自动转换开关ATS分路供电，第一路经高频开关电源模块SPM给蓄电池GB充电；第二路经隔离变压器T，通过多组不间断交流模块中整流器U成直流电，经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到输出断路器QF1上；第三路经隔离变压器T，通过多组快速切换应急模块中静态开关STS，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到输出断路器QF2。
6.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：当主电AC1断电时，切换至备电AC2供电，整个系统仍然按照主电正常状态时运行。
7.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通集中式节能交流电源系统，其特征在于：当主电AC1、备电AC2都断电时，所述系统由所述蓄电池GB供电，所述蓄电池GB经二极管FD分路供电，一路连接多组不间断交流模块中的整流器U成直流电，再经逆变器UI变换成交流电后通过连接的静态开关STS输出，所述的静态开关STS通过隔离变压器T连接到输出断路器QF1上；另一路连接多组快速切换应急模块中的逆变器UI变换成交流电，所述的逆变器UI通过静态开关STS与隔离变压器T相连，所述隔离变压器T再与输出断路器QF2相连。
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Denomination of invention: Centralized energy-saving alternating current power supply system for urban railway transportation

Effective date of registration: 20180828

Granted publication date: 20180511

Pledgee: Hefei high tech Company limited by guarantee

Pledgor: Hefei Linxin Power Co., Ltd.

Registration number: 2018340000438

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Granted publication date: 20180511

Pledgee: Hefei high tech Company limited by guarantee

Pledgor: Hefei Lianxin Power Supply Co., Ltd.

Registration number: 2018340000438