CN106314160A - 辅助电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种辅助电源系统，包括牵引变压器、牵引变流器、引电机、辅助变流器；其中，牵引变压器的副边绕组包括牵引绕组和辅助绕组；接触网通过受电弓与牵引变压器的原边相连；牵引绕组与牵引变流器连接，牵引变流器与牵引电机连接；辅助绕组与辅助变流器连接，辅助变流器与辅助负载连接。本方案中，利用牵引绕组和辅助绕组间存在能量耦合传递的路径，通过牵引电机再生制动以维持牵引绕组保持持续的电流，从而耦合到辅助绕组不断电，保证了动车组在过分相区时和无火回送时，即使外部电源中断，仍可以保证辅助负载连续工作。

Description

辅助电源系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种辅助电源系统。
背景技术
以高速铁路动车组为例，比如当动车组在过分相区时，动车组的外部供电发生中断，但是，为保证旅客乘坐舒适度以及运营安全，即使外部供电中断，也需要保持动车组的辅助负载的电力供应。因此，动车组中需要辅助电源系统对辅助负载持续供电。
辅助电源系统的基本功能是为动车组的众多辅助负载设备如空调机组、换气装置、电暖器、空气压缩机、设备通风机、油泵/水泵电机、DC110V控制电源装置、照明、门控等提供工作电源，一般是AC380V/50Hz三相交流电，也有的采用AC400V/60Hz三相交流电。
目前的辅助电源系统解决方案一般是：从牵引变流器的中间直流电路取电，经过“先逆变后降压”或者“先降压后逆变”的方式，输出低压三相交流电，供动车组的辅助负载使用。
以“先逆变后降压”的方案为例，一般是从牵引变流器的中间直流电路取电，通过高压逆变器直接高压逆变为电压较高的三相交流电，再经过工频变压器隔离降压后，输出三相380V或者三相400V的交流电，供动车组的辅助负载使用。
由于上述方案中的高压逆变器需要使用和主牵引变流器同样高耐压的IGBT实现，使得辅助电源系统成本高，而且，需要使用大功率50Hz工频变压器，使得辅助电源系统体积大、重量大。
发明内容
本发明实施例提供一种辅助电源系统，以克服现有解决方案中，辅助系统实现成本高、体积大，实现复杂不便的缺陷。
本发明实施例提供一种辅助电源系统，包括：
牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、辅助变流器；其中，所述牵引变压器的副边绕组包括牵引绕组和辅助绕组；
接触网通过受电弓与所述牵引变压器的原边相连；
所述牵引绕组与所述牵引变流器连接，所述牵引变流器与所述牵引电机连接；
所述辅助绕组与所述辅助变流器连接，所述辅助变流器与辅助负载连接。
其中，所述辅助变流器包括依次连接的四象限整流器、中间直流电路和三相逆变器。
其中，所述牵引变流器处于再生制动工况时，所述牵引电机处于微电制动发电模式。
可选地，所述四象限整流器包括两电平四象限整流器或三电平四象限整流器。
可选地，所述三相逆变器包括两电平逆变器或三电平逆变器。
可选地，所述中间直流电路包括：支撑电容器、二次滤波电感和二次滤波电容。
可选地，该辅助电源系统还包括：高压互感器、避雷器和主断路器；
所述高压互感器的一端与所述受电弓连接，所述高压互感器的另一端与所述避雷器的一端连接；所述避雷器的另一端接地；
所述高压互感器的另一端还与所述主断路器连接，所述主断路器的另一端与所述牵引变压器的原边相连。
本发明实施例提供的辅助电源系统，通过在牵引变压器上增设辅助绕组以及设置于辅助绕组连接的低压辅助变流器，以构成对辅助负载连续供电的辅助电源系统。本方案中，利用牵引绕组和辅助绕组间存在能量耦合传递的路径，通过牵引电机再生制动以维持牵引绕组保持持续的电流，从而耦合到辅助绕组不断电，保证了动车组在过分相区时和无火回送时，即使外部电源中断，仍可以保证辅助负载连续工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的辅助电源系统的结构示意图；
图2为图1所示辅助电源系统对应的能量流动原理示意框图；
图3为图1所示辅助电源系统在动车组一般运行状态时的能量流动示意图；
图4为图1所示辅助电源系统在动车组过分相区时或者无火回送时的能量流动示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
图1为本发明实施例提供的辅助电源系统的结构示意图，如图1所示，该辅助电源系统包括：牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、辅助变流器。
其中，接触网通过受电弓与牵引变压器的原边相连。
牵引变压器的副边绕组包括牵引绕组和辅助绕组，其中，牵引绕组与牵引变流器连接，牵引变流器与牵引电机连接；辅助绕组与辅助变流器连接，辅助变流器与辅助负载连接。
图1中，MT表示牵引变压器，该牵引变压器MT包括铁芯、原边、副边绕组。图1中，牵引变流器包括牵引变流器1和牵引变流器2，同时，对应于每个牵引变流器，设置有牵引电机1和牵引电机2。
与现有技术不同的是，取代从牵引变流器的中间直流电路取电的方式，本实施例中，在牵引变压器MT的副边绕组侧，除了包含于牵引变流器对应的牵引绕组之外，还增设有辅助绕组，以及与该辅助绕组连接的辅助变流器，利用辅助绕组直接给低压辅助变流器供电的方式，为动车组的辅助负载提供AC380V或AC400V三相交流电。
可以理解的是，实际应用中，辅助绕组的相关设置参数依据实际需求而设置。低压的辅助变流器可以通过IGBT器件实现，相关的参数设置依据实际需求而定。
本实施例中，当该辅助电源系统应用于高速动车组时，辅助负载比如包括动车组的空调机组、换气装置、电暖器、空气压缩机、设备通风机、油泵/水泵电机、DC110V控制电源装置、照明、门控等用电设备。
具体地，辅助变流器包括依次连接的四象限整流器、中间直流电路和三相逆变器。如图1中所示，以4QS代表四象限整流器，以INV代表三相逆变器，两者之间的部分为中间直流电路。
可选地，四象限整流器包含并不限于两电平四象限整流器、三电平四象限整流器或者其他拓扑方式。通过设置四象限整流器，使得在网压有较大波动时可以保证辅助变流器中间直流电压的稳定，同时也可以保证辅助电源系统有较高的功率因数。
可选地，三相逆变器包括但不限于两电平逆变器或三电平逆变器。
可选地，中间直流电路包括但不限于：支撑电容器、二次滤波电感和二次滤波电容。
实际应用中可选地，如图1所示，该辅助电源系统还包括：高压互感器PT、避雷器AR和主断路器VCB。其中，高压互感器PT的一端与受电弓连接，高压互感器的另一端与避雷器AR的一端连接；避雷器AR的另一端接地。高压互感器PT的另一端还与主断路器VCB连接，主断路器VCB的另一端与牵引变压器MT的原边相连。
本实施例提供的辅助电源系统，当牵引变流器处于再生制动工况时，牵引电机处于微电制动发电模式。
具体来说，本实施例的辅助电源系统的基本工作原理是：在牵引变压器上增设辅助绕组，利用牵引绕组和辅助绕组间存在能量耦合传递的路径，通过牵引系统再生制动以维持牵引绕组保持持续的电流，从而耦合到辅助绕组不断电，保证动车组的辅助负载在动车组过分相区时和无火回送时可以连续工作。
具体地，在动车组过分相过程中，通过对牵引变流器采用合适的限流控制和移相控制策略，使牵引变流器工作在微电制工况状态，即处于微电制动发电模式，向牵引绕组连续馈电使牵引绕组始终保持一定的电流流通，通过牵引绕组和辅助绕组间的耦合，这样辅助绕组仍能不间断地给辅助变流器供电，辅助变流器持续输出三相380V交流电，供动车组的辅助负载使用。
同样原理，动车组在无火回送时也可以利用牵引变流器的微电制功能向牵引绕组连续馈电，通过牵引绕组和辅助绕组间的耦合，实现辅助电源系统不间断供电给辅助负载。
从而，在动车组过分相区时和无火回送时，都可以实现辅助电源系统不间断供电的能量流动，能量流动原理如图2所示。
为了直观地看出动车组在不同的运行状态时，辅助电源系统的能量流动情况，本实施例提供了如图3和图4所示的能量流动示意图，其中，图3为图1所示辅助电源系统在动车组一般运行状态时的能量流动示意图，图3中所示的箭头方向为在牵引工况下的能量流动示意图。图4为图1所示辅助电源系统在动车组过分相区时或者无火回送时的能量流动示意图，图4中所示的箭头方向为在再生制动工况下的能量流动示意图。
本发明实施例提供的辅助电源系统，通过在牵引变压器上增设辅助绕组以及设置于辅助绕组连接的低压辅助变流器，以构成对辅助负载连续供电的辅助电源系统。本方案中，利用牵引绕组和辅助绕组间存在能量耦合传递的路径，通过牵引电机再生制动以维持牵引绕组保持持续的电流，从而耦合到辅助绕组不断电，保证了动车组在过分相区时和无火回送时，即使外部电源中断，仍可以保证辅助负载连续工作。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种辅助电源系统，其特征在于，包括：
牵引变压器、牵引变流器、牵引电机、辅助变流器；其中，所述牵引变压器的副边绕组包括牵引绕组和辅助绕组；
接触网通过受电弓与所述牵引变压器的原边相连；
所述牵引绕组与所述牵引变流器连接，所述牵引变流器与所述牵引电机连接；
所述辅助绕组与所述辅助变流器连接，所述辅助变流器与辅助负载连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述辅助变流器包括依次连接的四象限整流器、中间直流电路和三相逆变器。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述四象限整流器包括两电平四象限整流器或三电平四象限整流器。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述三相逆变器包括两电平逆变器或三电平逆变器。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述中间直流电路包括：支撑电容器、二次滤波电感和二次滤波电容。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，还包括：
高压互感器、避雷器和主断路器；
所述高压互感器的一端与所述受电弓连接，所述高压互感器的另一端与所述避雷器的一端连接；所述避雷器的另一端接地；
所述高压互感器的另一端还与所述主断路器连接，所述主断路器的另一端与所述牵引变压器的原边相连。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述牵引变流器处于再生制动工况时，所述牵引电机处于微电制动发电模式。
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