CN115693907A - 无切换不间断铁路信号电源电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无切换不间断铁路信号电源电路，包括外电网、单相、三相AC/DC整流模块、DC/AC单相、三相逆变模块和DC/DC变换模块；两路外电网依次通过输入断路器、输入接触器连接单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输入端，单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输出端通过断路器连接到直流母线上，直流母线作为DC/AC逆变模块的输入，N个DC/AC单相逆变模块或DC/AC三相逆变模块并联后供给交流负载供电。有益效果：能够适应现场多种供电状态，两路单相外电网、两路三相外电网或者单相三相外电网供电，为负载信号设备提供稳定可靠供电；实现供电架构层级简化，提高信号电源系统系统可靠性。

Description

无切换不间断铁路信号电源电路

技术领域

本发明属于配电技术领域，尤其涉及一种无切换不间断铁路信号电源电路。

背景技术

铁路信号电源系统为一级负荷供电设备，为铁路信号设备运行提供电源保证。目前，铁路电源系统设备采用的均为两路外电网通过接触器进行切换的方式，同一时刻只有一路外电网相电源系统供电，且两路外电网在转换过程中存在供电间断的问题。高铁、客专及普铁在进行铁路信号既有电源设备上加装UPS所使用的方案是单机或并机方案，存在既有设备改动量大、成本高、检修安全性低、UPS系统故障无备用、监测和报警不易结合及实现等主要问题。现有的铁路电源设备配电方案，需要在UPS前端加一套新的切换系统，对所涉及到的电源屏设备进行切换系统改造，主要是去掉切换系统，对监测、报警系统进行修改，以保证电源屏正常的功能。两套UPS不能完全退出运行进行设备检修，检修安全性低。在实现过程中，现有的铁路电源供电系统的安全性较低。授权公告号为CN 215956102 U的专利文献公开了一种铁路信号电源电路和铁路信号电源系统。该铁路信号电源电路，包括：输入切换模块；输入切换模块用于连接第一交流电源和第二交流电源；不间断电源模块；不间断电源模块与输入切换模块相连接，以通过输入切换模块接入第一交流电源或第二交流电源；输出切换模块；输出切换模块与不间断电源模块相连接；输出切换模块还用于分别连接第一交流电源、第二交流电源以及铁路一级负荷用电设备；其中，输出切换模块用于在不间断电源模块为铁路一级负荷用电设备供电异常的情况下，切换为第一交流电源或第二交流电源供电。

铁路运输亟待对铁路信号电源系统电路进行设计，两路外电网同时向电源系统供电，任意一路故障均不影响系统供电为输出负载提供稳定不间断的供电。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种无切换不间断铁路信号电源电路，在两路电源输入时均能实现系统的不间断供电，以确保信号电源系统中两路输入电源同时输出，共同为负载供电，或根据电网质量选择工作在任何一路的外电网。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种无切换不间断铁路信号电源电路，包括外电网，其特征是：还包括单相AC/DC整流模块、三相AC/DC整流模块、DC/AC单相逆变模块、DC/AC三相逆变模块和DC/DC变换模块；两路外电网依次通过输入断路器、输入接触器连接单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输入端，单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输出端通过断路器连接到直流母线上，所述直流母线作为DC/AC逆变模块的输入，N个DC/AC单相逆变模块和DC/AC三相逆变模块并联后供给交流负载供电。

进一步的，所述AC/DC整流模块的输出端通过MOS管与D1的并联电路与直流母线连接，AC/DC输出电流通过MOSFET功率管向直流母线供电，降低了二极管D1管压降引起的功率损耗，并防止直流母线电压反灌到电网侧。

进一步的，所述直流母线与并联的N个DC/DC变换模块连接，供给直流负载供电。

进一步的，所述DC/DC变换模块与蓄电池组连接，构成给蓄电池组充电和放电的双向DC/DC变换模块，直流母线电压通过DC/DC变换模块为蓄电池组充电，起到当直流母线电压跌落时，蓄电池组通过双向DC/DC变换模块向直流母线放电，维持直流母线电压。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优势是：

(1)能够适应现场多种供电状态，两路单相外电网、两路三相外电网或者单相三相外电网供电都能使用本发明内容，为负载信号设备提供稳定可靠供电；

(2)本发明能够实现供电架构层级简化，提高信号电源系统系统可靠性。现有供电模式主要功率变换部分为UPS+电源模块，其中UPS为AC/DC+DC/AC架构，电源模块有AC/DC+DC/AC架构的交流输出模块和AC/DC+DC/DC架构的直流输出模块，即有4级功率变换。本发明能够减少第二级DC/AC和第三级AC/DC，不仅能够减少功率器件的数量，降低故障点提高系统可靠性，还能够进一步提高系统效率，降低损耗，间接减少碳排放；

(3)本发明在铁路信号供电中适用性强，应用前景广阔，将带来良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的电路结构框图；

图2是实现AC/DC整流单元无切换供电的电路结构图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

在本发明的各实施例中，为了便于描述而非限制本发明，本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

详见附图，本实施例提供了一种新型无切换不间断铁路信号电源系统电路，主要包括单相AC/DC整流模块、三相AC/DC整流模块、DC/DC变换模块、DC/AC逆变模块、单套电池组等。

两路外电网依次通过输入断路器、输入接触器连接每个AC/DC整流模块输入端；

每个AC/DC整流模块输出均通过断路器连接到直流母线上，每个整流模块可以通过开关进行输入和输出的导通或断开，直流母线作为DC/AC逆变模块、DC/DC变换模块的输入。

DC/AC逆变模块和DC/DC变换模块的输入通过断路器连接到直流母线，可单独控制模块的上电。交流负载采用N个DC/AC逆变变换模块并联冗余工作，提高供电系统可靠性，模块输出并联在一起后分束输出供给交流负载供电。直流负载采用N个DC/DC变换模块并联冗余工作，提高供电系统可靠性，模块输出并联在一起后分束输出供给直流负载供电。

DC/DC变换模块的输入通过断路器连接到直流母线，另外有一个DC/DC变换模块的输出通过断路器连接到蓄电池组。DC/DC变换模块实现双向电压变换，当整流模块正常时，通过DC/DC变换模块向蓄电池组充电，起到维持蓄电池组的电量作用。当直流母线电压跌落时，蓄电池组通过这个双向DC/DC变换单元向直流母线放电，维持直流母线电压，实现电源系统的不间断供电输出。

DC/DC变换模块可双向工作，当从直流母线电压变换到电池组端电压可为蓄电池充电，当从蓄电池组端电压变换到直流母线电压时完成蓄电池的放电功能。

附图2为本专利为实现AC/DC整流模块无切换供电的电路结构，每个AC/DC整流变换模块的输出都通过二极管D1连接直流母线，防止直流母线电压反灌到电网侧，当AC/DC整流模块输出电流后通过控制器检测二极管D1两端电压，当二极管阳极电压高于阴极电压时控制MOSFET功率管导通，二极管导通时有管压降，当电流大时产生的损耗比较大。而MOSFET导通导通电阻一般mΩ级，功率损耗就会低很多，AC/DC输出电流主要通过MOSFET功率管向直流母线供电，降低了二极管D1管压降引起的功率损耗。

本发明中二极管起到隔离的作用，当AC/DC整流模块故障后，MOSFET功率管断开，二极管D1使直流母线电压不能逆向进入整流模块，这样单一整流模块故障不会影响其他模块正常工作。

所述DC/AC逆变单元可以是输出频率为50Hz的交流电，也可以是输出频率为25Hz的交流电；DC/DC变换单元和DC/AC逆变单元的输出并联在一起，然后根据负载设计容量，选用相应容量的断路器分束连接到接线端子上，即为上述功率变换单元提供分束供电通道，连接不同的负载。本发明所采用的AC/DC整流单元、DC/DC变换单元、DC/AC逆变单元均采用并联冗余备用的工作方式，即可以在任何条件下输出稳定、可靠的三相电源；即使在单相供电的情况下，电源系统也能够为三相负载设备提供可靠的电源。

情景1

两路外电网均为三相外电网时，两路外电网电源经过接触器连接到AC/DC整流器的输入，整流器可以全部选用三相整流器，也可以三相整流器和单相整流器混用。单相整流器的使用可以在单相电源故障时仍有其他相电源所连接的整流模块正常工作，提高整流器整体的可靠性。整流器输出通过断路器连接到直流母线，一般建议直流母线额定电压为240Vdc,也可以是其他电压值。根据电源系统的总容量需求冗余配置整流模块的数量，冗余的数量可以根据实际需要进行设定，达到个别整流模块故障不影响系统正常工作。单个整流模块故障后可通过断路器和系统断开连接，进行单独的维修。整流模块的使用取代了传统接触器相互切换的工作原理，实现了无切换的工作过程。

直流母线电压通过N个DC/AC逆变模块为交流负载供电，根据交流负载的容量大小，一般建议按1+1冗余配置逆变模块，即单个逆变模块故障，仍有另一个逆变模块为这一路交流负载供电。其他交流负载也是同样原理，这里需要区别交流负载是单项还是三相负载，是50Hz负载还是25Hz负载，根据负载的种类配置相应的逆变模块。逆变模块并联后通过断路器分束连接到输出配电的接线端子，为不同的交流负载供电。

直流母线电压通过N个DC/DC变换模块为直流负载供电，根据直流负载的容量大小，一般建议按N+M冗余配置DC/DC变换模块，即N个DC/DC变换模块容量满足特定一种直流负载的总容量，M个模块作为冗余备份数量，保证当极端M个模块故障时仍有N个DC/DC变换模块为这一种直流负载供电。DC/DC变换模块并联后通过断路器分束连接到输出配电的接线端子，为不同的直流负载供电。

直流母线连接双向DC/DC变换模块，直流母线通过DC/DC变换模块为蓄电池组进行充电，当外电网异常或者整流模块的异常等原因引起直流母线电压跌落时，蓄电池组通过双向DC/DC变换模块向直流母线充电，维持母线电压的稳定，实现整个电源系统的不间断的输出供电。根须电源系统的总容量和断电延时时间的需求，对双向DC/DC变换模块冗余配置，单个DC/DC变换模块故障不影响蓄电池组的充电和放电。单个DC/DC变换模块故障后可通过断路器和系统断开连接，进行单独的维修。

情景2

两路外电网均为单相外电网时，两路外电网电源经过接触器连接到AC/DC整流器的输入，整流器全部选用单相整流器。根据电源系统的总容量需求冗余配置整流模块的数量，冗余的数量可以根据实际需要进行设定，达到个别整流模块故障不影响系统正常工作。其他与情景1相同。

情景3

两路外电网为一路为三相外电网、另外一路为单相外电网时，两路外电网电源经过接触器连接到AC/DC整流器的输入，对于三相外电网整流器可以全部选用三相整流器，也可以三相整流器和单相整流器混用。

单相外电网的整流器全部选用单相整流器。根据电源系统的总容量需求冗余配置整流模块的数量，冗余的数量可以根据实际需要进行设定，达到个别整流模块故障不影响系统正常工作。其他与情景1相同。

上述参照实施例对一种无切换不间断铁路信号电源电路的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无切换不间断铁路信号电源电路，包括外电网，其特征是：还包括单相AC/DC整流模块、三相AC/DC整流模块、DC/AC单相逆变模块、DC/AC三相逆变模块和DC/DC变换模块；两路外电网依次通过输入断路器、输入接触器连接单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输入端，单相AC/DC整流模块和三相AC/DC整流模块的输出端通过断路器连接到直流母线上，所述直流母线作为DC/AC逆变模块的输入，N个DC/AC单相逆变模块或DC/AC三相逆变模块并联后供给交流负载供电。

2.根据权利要求1所述的无切换不间断铁路信号电源电路，其特征是：所述AC/DC整流模块的输出端通过MOS管与D1的并联电路与直流母线连接，AC/DC输出电流通过MOSFET功率管向直流母线供电，降低二极管D1管压降引起的功率损耗，并防止直流母线电压反灌到电网侧。

3.根据权利要求1所述的无切换不间断铁路信号电源电路，其特征是：所述直流母线与并联的N个DC/DC变换模块连接，供给直流负载供电。

4.根据权利要求1所述的无切换不间断铁路信号电源电路，其特征是：所述DC/DC变换模块与蓄电池组连接，构成给蓄电池组充电和放电的双向DC/DC变换模块，直流母线电压通过DC/DC变换模块为蓄电池组充电，起到当直流母线电压跌落时，蓄电池组通过双向DC/DC变换模块向直流母线放电，维持直流母线电压。

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