CN116317088A - 一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，涉及轨道交通供电技术领域，包括智能控制模块，用于模块的控制；通路控制模块，用于交流电源模块和备用电源模块的切换；充放电控制模块，用于整流、储能和放电；逆变控制模块，用于逆变调节并由电能补偿模块对切换后的电能进行补偿，并由电能调节模块对切换前的电能进行整合；输出模块，用于限流和电能输出。本发明用于轨道交通的安全供电自动切换系统由通路控制模块控制交流与备用电的切换，切换前，逆变控制模块对进行逆变，电能调节模块进行升压，配合交流电源模块进行整合供电，输出模块进行限流，切换后，逆变控制模块配合电能补偿模块对备用电源模块输入的电能进行补偿处理。

Description

一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统
技术领域
本发明涉及轨道交通供电技术领域，具体是一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统。
背景技术
轨道交通供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输，为电动列车牵引供电和提供车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，为确保轨道交通的供电网络系统的安全和可靠性，在轨道交通供电网络系统中大量的配备了备用电源设备，实现在断电时进行切换备用，但是现有的轨道交通的安全供电自动切换系统在进行电源切换时，由于电源之间存在电源差异，容易导致切换后的电能无法快速满足轨道交通设备所需的电能，并且在进行切换时，由于开关的闭合时间和软件系统反应时间的影响，容易出现短暂的断电或电压浮动，无法高效地完成安全供电切换控制，因此有待改进。
发明内容
本发明实施例提供一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
依据本发明实施例中，提供一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，该用于轨道交通的安全供电自动切换系统包括：交流供电模块，智能控制模块，备用电源模块，通路控制模块，充放电控制模块，逆变控制模块，电能补偿模块，电能调节模块，输出模块；
所述交流供电模块，用于提供第一交流电能；
所述智能控制模块，与所述通路控制模块、电能补偿模块、电能调节模块、充放电控制模块、逆变控制模块和输出模块连接，用于输出第一控制信号和第二控制信号并控制所述通路控制模块的工作，用于输出第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号和第六控制信号并分别控制所述充放电控制模块、电能补偿模块、电能调节模块和输出模块的工作，用于输出脉冲信号并控制所述逆变控制模块的工作；
所述备用电源模块，用于提供第二交流电能；
所述通路控制模块，与所述交流供电模块和输出模块连接，用于接收所述第一控制信号并控制所述交流供电模块和备用电源模块的切换工作，用于接收所述第二控制信号并将输入的电能传输给所述输出模块；
所述充放电控制模块，与所述备用电源模块连接，用于对所述备用电源模块输出的电能进行可调整流处理，用于通过充放电控制电路接收所述第三控制信号并对整流后的电能进行存储和释放；
所述逆变控制模块，与所述充放电控制模块连接，用于对所述充放电控制模块输出的电能进行逆变调节处理和滤波处理；
所述电能补偿模块，与所述逆变控制模块和通路控制模块连接，用于接收所述第四控制信号并控制电能补偿电路的工作，用于通过电能补偿电路将所述逆变控制模块输出的电能与所述通路控制模块输出的电能进行电能补偿处理；
所述电能调节模块，与所述逆变控制模块连接，用于接收所述第五控制信号并控制电能调节电路的工作，用于通过电能调节电路将所述逆变控制模块输出的电能进行DC-DC稳压处理；
所述输出模块，与所述电能调节模块连接，用于接收所述通路控制模块输出的电能并输出，用于接收所述电能调节模块输出的电能并对输入的电能进行限流处理，用于将接收的电能传输给轨道交通设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明用于轨道交通的安全供电自动切换系统由通路控制模块进行交流电源模块和备用电源模块的切换控制，在电源切换前，由充放电控制模块提供电能，并由逆变控制模块进行逆变处理，由电能调节模块进行升压处理配合交流电源模块进行供电，同时控制输出模块对输入的电能进行限流，避免电源切换时出现的电压波动，实现电源无缝切换控制，并在电源切换后，由逆变控制模块配合电能补偿模块对备用电源模块输入的电能进行补偿处理，提高切换后的供电精度和供电安全指数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实例提供的用于轨道交通的安全供电自动切换系统的原理方框示意图。
图2为本发明实例提供的用于轨道交通的安全供电自动切换系统的电路图。
图3为本发明实例提供的电能调节模块的电路图。
图4为本发明实例提供的输出模块的电路图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
在一个实施例中，请参阅图1，一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统包括：交流供电模块1，智能控制模块2，备用电源模块3，通路控制模块4，充放电控制模块5，逆变控制模块6，电能补偿模块7，电能调节模块8，输出模块9；
具体地，所述交流供电模块1，用于提供第一交流电能；
智能控制模块2，与所述通路控制模块4、电能补偿模块7、电能调节模块8、充放电控制模块5、逆变控制模块6和输出模块9连接，用于输出第一控制信号和第二控制信号并控制所述通路控制模块4的工作，用于输出第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号和第六控制信号并分别控制所述充放电控制模块5、电能补偿模块7、电能调节模块8和输出模块9的工作，用于输出脉冲信号并控制所述逆变控制模块6的工作；
备用电源模块3，用于提供第二交流电能；
通路控制模块4，与所述交流供电模块1和输出模块9连接，用于接收所述第一控制信号并控制所述交流供电模块1和备用电源模块3的切换工作，用于接收所述第二控制信号并将输入的电能传输给所述输出模块9；
充放电控制模块5，与所述备用电源模块3连接，用于对所述备用电源模块3输出的电能进行可调整流处理，用于通过充放电控制电路接收所述第三控制信号并对整流后的电能进行存储和释放；
逆变控制模块6，与所述充放电控制模块5连接，用于对所述充放电控制模块5输出的电能进行逆变调节处理和滤波处理；
电能补偿模块7，与所述逆变控制模块6和通路控制模块4连接，用于接收所述第四控制信号并控制电能补偿电路的工作，用于通过电能补偿电路将所述逆变控制模块6输出的电能与所述通路控制模块4输出的电能进行电能补偿处理；
电能调节模块8，与所述逆变控制模块6连接，用于接收所述第五控制信号并控制电能调节电路的工作，用于通过电能调节电路将所述逆变控制模块6输出的电能进行DC-DC稳压处理；
输出模块9，与所述电能调节模块8连接，用于接收所述通路控制模块4输出的电能并输出，用于接收所述电能调节模块8输出的电能并对输入的电能进行限流处理，用于将接收的电能传输给轨道交通设备。
在具体实施例中，上述交流供电模块1可采用轨道交通提供的交流电能，在此不做赘述；上述智能控制模块2可采用，但并不限于由单片机、DSP等集成了运算器、控制器、存储器以及输入输出器等诸多部件，实现信号的处理、数据存储、模块控制、定时控制等功能的微控制器，实现对模块的控制；上述备用电源模块3可采用交流电源装置作为备用的电源装置，在此不做赘述；上述通路控制模块4可采用继电开关电路，控制备用电源模块3与交流供电模块1的切换工作和电能传输的通路选择；上述充放电控制模块5可采用整流电路和充放电控制电路，由整流电路进行可控整流，再由充放电控制电路进行储能和放电；上述逆变控制模块6可采用逆变控制电路，由智能控制模块2控制，将输入的直流电逆变为交流电并调节输出的交流电值；上述电能补偿模块7可采用电能补偿电路，将补偿电能耦合至通路控制模块4中；上述电能调节模块8可采用电能调节电路，对输入的交流电能进行稳定升压处理；上述输出模块9可采用限流电路、开关控制电路和轨道交通设备连接电路，由开关控制电路直接进行电能传输，由限流电路对输入电能进行限流后传输，由轨道交通设备连接电路接收电能并与轨道交通设备进行连接。
在另一个实施例中，请参阅图2、图3和图4，所述交流供电模块1包括交流电源装置；所述备用电源模块3包括备用电源装置；所述通路控制模块4包括第一继电开关K1-1和第二继电开关K2-1；
具体地，所述交流供电模块1连接第一继电开关K1-1的第一端，备用电源装置连接第一继电开关K1-1的第三端，第一继电开关K1-1的第二端和第四端均连接第二继电开关K2-1的第一端，第二继电开关K2-1的第二端连接所述输出模块9。
在具体实施例中，上述交流电源装置为轨道交通提供，在此不做赘述；上述备用电源装置可采用与交流电源装置输出相同交流值的电源，在此不做赘述；上述第一继电开关K1-1可采用双刀双掷开关，其中第一继电开关K1-1的第一端和第二端为常闭开关，第一继电开关K1-1的第三端和第四端为常开开关，上述第二继电开关K2-1可采用常闭开关，并且第一继电开关K1-1和第二继电开关K2-1分别由第一继电器和第二继电器（均未画出）进行控制，该继电器由智能控制模块2进行控制，在此不做赘述。
进一步地，所述充放电控制模块5包括可控整流装置U2、第一功率管Q1、第一电池装置BAT；所述智能控制模块2包括第一控制器U1；
具体地，所述可控整流装置U2的第一端和第一功率管Q1的集电极均连接所述备用电源装置，第一功率管Q1的发射极连接第一电池装置BAT的第一端和所述逆变控制模块6，可控整流装置U2的第二端和第一电池装置BAT的第二端均接地，第一功率管Q1的栅极连接第一控制器U1的第一IO端。
在具体实施例中，上述可控整流装置U2由多个单向可控硅组成，且可由智能控制模块2进行调节控制，在此不做赘述；上述第一功率管Q1可选用IGBT，控制电能的传输；上述第一电池装置BAT为直流电能装置；上述第一控制器U1可选用，但并不限于STM32单片机。
进一步地，所述逆变控制模块6包括第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1、第二二极管D2、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4、第五功率管Q5、第二电容C2、第四二极管D4、第五二极管D5、第二电感L2、第三电感L3和第三电容C3；
具体地，所述第二功率管Q2的集电极连接第一电感L1的一端、第一电容C1的一端、第四功率管Q4的集电极、第二电容C2的一端、第二电感L2的一端和所述第一电池装置BAT的第一端，第二功率管Q2的发射极连接第三功率管Q3的集电极并通过第三电感L3连接第三电容C3的第一端，第一电容C1的另一端连接第二二极管D2的阳极，第一电感L1的另一端连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阴极、第三功率管Q3的发射极、第五功率管Q5的发射极、第四二极管D4的阴极、第五二极管D5的阳极和所述第一电池装置BAT的第二端，第二电容C2的另一端和第二电感L2的另一端分别连接第四二极管D4的阳极和第五二极管D5的阴极，第四功率管Q4的发射极连接第五功率管Q5的集电极，第二功率管Q2的栅极、第三功率管Q3的栅极、第四功率管Q4的栅极和第五功率管Q5的栅极分别连接第一控制器U1的第二IO端、第三IO端、第四IO端和第五IO端。
在具体实施例中，上述第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4和第五功率管Q5均可选用IGBT，且由第一控制器U1控制，进行逆变控制：上述第一电感L1、第一二极管D1、第一电容C1和第二二极管D2组成的电路与第二电感L2、第五二极管D5、第四二极管D4和第二电容C2组成的电路功能相同，均用于电能的吸收和功率管的保护；上述第三电感L3和第三电容C3用于滤波输出。
进一步地，所述电能补偿模块7包括第三继电开关K3-1、第一变压器W1、第四继电开关K4-1；
具体地，所述第三继电开关K3-1的第一端连接所述第一继电开关K1-1的第二端，第三继电开关K3-1的第二端连接第一变压器W1的副边的第一端，第一变压器W1的副边的第二端连接第三继电开关K3-1的第三端，第三继电开关K3-1的第四端连接所述第二继电开关K2-1的第二端，第一变压器W1的原边的第一端和第二端分别连接第四继电开关K4-1的第一端和第三端，第四继电开关K4-1的第二端和第四端分别连接所述第三电容C3的第二端和第五功率管的集电极。
在具体实施例中，上述第三继电开关K3-1可选用常开式双刀双掷开关，第四继电开关K4-1可选用常闭式双刀双掷开关，且分别由智能控制模块2通过第三继电器和第四继电器（均为画出）控制，在此不做赘述；上述第一变压器W1可选用耦合变压器。
进一步地，所述电能调节模块8包括第五继电开关K5-1、第四电感L4、第六功率管Q6、第一交流稳压装置J1、第四电容C4；
具体地，所述第四电感L4的一端连接第五继电开关K5-1的第二端，第五继电开关K5-1的第一端连接所述第三电容C3的第二端，第四电感L4的另一端连接第六功率管Q6的集电极和第一交流稳压装置J1的第一端，第一交流稳压装置J1的第二端连接第四电容C4的一端和所述输出模块9，第六功率管Q6的发射极连接第四电容C4的另一端和第五继电开关K5-1的第四端，第五继电开关K5-1的第三端连接所述第五功率管的集电极，第六功率管Q6的栅极连接所述第一控制器U1的第六IO端。
在具体实施例中，上述第五继电开关K5-1为常开式双刀双掷开关，且由智能控制模块2通过第五继电器（未画出）控制，并且第五继电开关K5-1和第四继电开关K4-1始终保持一个开启，另一个闭合状态，在此不做赘述；上述第一交流稳压装置J1可采用两组单向可控硅组成，用于稳定电能，且由智能控制模块2控制，在此不做赘述；上述第六功率管Q6可选用IGBT，配合第四电感L4进行升压控制。
进一步地，所述输出模块9包括第二交流稳压装置J2、第六继电开关K6-1、第五电容C5、第一电阻R1和输出端口；
具体地，所述第二交流稳压装置J2的第一端和第六继电开关K6-1的一端均连接所述第一交流稳压装置J1的第二端和第二继电开关K2-1的第二端，第二交流稳压装置J2的第二端通过第三电容C3连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端和第六继电开关K6-1的另一端均连接输出端口。
在具体实施例中，上述第二交流稳压装置J2的选型与第一交流稳压装置J1相同，配合第五电容C5和第一电阻R1组成限流电路，进行限流控制，在此不做赘述；上述第六继电开关K6-1可选用常闭开关，由智能控制模块2通过第六继电器（未画出）控制，在此不做赘述；上述输出端口用于与轨道交通设备进行连接。
本发明一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，在交流电源装置正常供电时，第一继电开关K1-1的第一端和第二端，第二继电开关K2-1、第四继电开关K4-1和第六继电开关K6-1处于闭合的状态，输出的交流电可直接传输到输出端口，当智能控制模块2检测到交流电源装置出现故障时，但交流电源装置并未断电且智能控制模块2将控制第一继电开关K1-1进行切换动作时，智能控制模块2中的第一控制器U1将控制第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管Q4和第五功率管对第一电池装置BAT提供直流电能进行逆变调节处理，同时智能控制模块2控制第五继电开关K5-1闭合，第四继电开关K4-1断开，逆变后的电能通过第四电感L4、第六功率管Q6和第一交流稳压装置J1进行升压处理，与交流电源装置提供的交流电能进行整合，同时输出模块9中第六继电开关K6-1断开，整合后的电能通过第二交流稳压装置J2、第五电容C5和第一电阻R1进行限流，并由输出端口输出，在进行电源切换中，交流电源装置将无法供电，备用电源装置即将进入供电，此时将由逆变升压后的电能进行短暂供电，且此时第六开关管重新闭合，保证电能的正常供电，并在切换结束后，备用电源装置进行供电，由于输入电能会短暂不稳且电路中存在残余电能，智能控制模块2将断开第五继电开关K5-1并控制第四继电开关K4-1重新闭合，并调节逆变后的电能，闭合第三继电开关K3-1，此时第一继电开关K1-1的第一端和第二端、第二继电开关K2-1均为断开状态，第六继电开关K6-1闭合，以便配合第一变压器W1对备用电源装置提供的电能进行耦合，实现电能补偿控制，直到备用电源装置正常供电后，第二继电开关K2-1闭合，第三继电开关K3-1断开，备用电源装置将直接将电能传输给输出端口。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于：
该用于轨道交通的安全供电自动切换系统包括：交流供电模块，智能控制模块，备用电源模块，通路控制模块，充放电控制模块，逆变控制模块，电能补偿模块，电能调节模块，输出模块；
所述交流供电模块，用于提供第一交流电能；
所述智能控制模块，与所述通路控制模块、电能补偿模块、电能调节模块、充放电控制模块、逆变控制模块和输出模块连接，用于输出第一控制信号和第二控制信号并控制所述通路控制模块的工作，用于输出第三控制信号、第四控制信号、第五控制信号和第六控制信号并分别控制所述充放电控制模块、电能补偿模块、电能调节模块和输出模块的工作，用于输出脉冲信号并控制所述逆变控制模块的工作；
所述备用电源模块，用于提供第二交流电能；
所述通路控制模块，与所述交流供电模块和输出模块连接，用于接收所述第一控制信号并控制所述交流供电模块和备用电源模块的切换工作，用于接收所述第二控制信号并将输入的电能传输给所述输出模块；
所述充放电控制模块，与所述备用电源模块连接，用于对所述备用电源模块输出的电能进行可调整流处理，用于通过充放电控制电路接收所述第三控制信号并对整流后的电能进行存储和释放；
所述逆变控制模块，与所述充放电控制模块连接，用于对所述充放电控制模块输出的电能进行逆变调节处理和滤波处理；
所述电能补偿模块，与所述逆变控制模块和通路控制模块连接，用于接收所述第四控制信号并控制电能补偿电路的工作，用于通过电能补偿电路将所述逆变控制模块输出的电能与所述通路控制模块输出的电能进行电能补偿处理；
所述电能调节模块，与所述逆变控制模块连接，用于接收所述第五控制信号并控制电能调节电路的工作，用于通过电能调节电路将所述逆变控制模块输出的电能进行DC-DC稳压处理；
所述输出模块，与所述电能调节模块连接，用于接收所述通路控制模块输出的电能并输出，用于接收所述电能调节模块输出的电能并对输入的电能进行限流处理，用于将接收的电能传输给轨道交通设备。
2.根据权利要求1所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述交流供电模块包括交流电源装置；所述备用电源模块包括备用电源装置；所述通路控制模块包括第一继电开关和第二继电开关；
所述交流供电模块连接第一继电开关的第一端，备用电源装置连接第一继电开关的第三端，第一继电开关的第二端和第四端均连接第二继电开关的第一端，第二继电开关的第二端连接所述输出模块。
3.根据权利要求2所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述充放电控制模块包括可控整流装置、第一功率管、第一电池装置；所述智能控制模块包括第一控制器；
所述可控整流装置的第一端和第一功率管的集电极均连接所述备用电源装置，第一功率管的发射极连接第一电池装置的第一端和所述逆变控制模块，可控整流装置的第二端和第一电池装置的第二端均接地，第一功率管的栅极连接第一控制器的第一IO端。
4.根据权利要求3所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述逆变控制模块包括第一电感、第一二极管、第一电容、第二二极管、第二功率管、第三功率管、第四功率管、第五功率管、第二电容、第四二极管、第五二极管、第二电感、第三电感和第三电容；
所述第二功率管的集电极连接第一电感的一端、第一电容的一端、第四功率管的集电极、第二电容的一端、第二电感的一端和所述第一电池装置的第一端，第二功率管的发射极连接第三功率管的集电极并通过第三电感连接第三电容的第一端，第一电容的另一端连接第二二极管的阳极，第一电感的另一端连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接第二二极管的阴极、第三功率管的发射极、第五功率管的发射极、第四二极管的阴极、第五二极管的阳极和所述第一电池装置的第二端，第二电容的另一端和第二电感的另一端分别连接第四二极管的阳极和第五二极管的阴极，第四功率管的发射极连接第五功率管的集电极，第二功率管的栅极、第三功率管的栅极、第四功率管的栅极和第五功率管的栅极分别连接第一控制器的第二IO端、第三IO端、第四IO端和第五IO端。
5.根据权利要求4所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述电能补偿模块包括第三继电开关、第一变压器、第四继电开关；
所述第三继电开关的第一端连接所述第一继电开关的第二端，第三继电开关的第二端连接第一变压器的副边的第一端，第一变压器的副边的第二端连接第三继电开关的第三端，第三继电开关的第四端连接所述第二继电开关的第二端，第一变压器的原边的第一端和第二端分别连接第四继电开关的第一端和第三端，第四继电开关的第二端和第四端分别连接所述第三电容的第二端和第五功率管的集电极。
6.根据权利要求5所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述电能调节模块包括第五继电开关、第四电感、第六功率管、第一交流稳压装置、第四电容；
具体地，所述第四电感的一端连接第五继电开关的第二端，第五继电开关的第一端连接所述第三电容的第二端，第四电感的另一端连接第六功率管的集电极和第一交流稳压装置的第一端，第一交流稳压装置的第二端连接第四电容的一端和所述输出模块，第六功率管的发射极连接第四电容的另一端和第五继电开关的第四端，第五继电开关的第三端连接所述第五功率管的集电极，第六功率管的栅极连接所述第一控制器的第六IO端。
7.根据权利要求6所述的一种用于轨道交通的安全供电自动切换系统，其特征在于，所述输出模块包括第二交流稳压装置、第六继电开关、第五电容、第一电阻和输出端口；
所述第二交流稳压装置的第一端和第六继电开关的一端均连接所述第一交流稳压装置的第二端和第二继电开关的第二端，第二交流稳压装置的第二端通过第三电容连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端和第六继电开关的另一端均连接输出端口。
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