CN212380993U - 轨道交通车站的供电系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种轨道交通车站的供电系统，包括逆变器、交流配电柜和市电变压器；所述逆变器用于从轨道交通的接触轨获取直流电，并将所述直流电逆变为第一交流电，输送给所述交流配电柜；所述市电变压器用于从市电网络获取第二交流电，并将所述第二交流电变压为第三交流电，输送给所述交流配电柜；所述交流配电柜用于将所述第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载。上述方案，通过轨道交通的接触轨及市电来对车站内的负载进行供电，解决了单纯依靠市电对车站内负载进行供电时，需要较大的变压器容量，或者是随着这站内负载的增加，需要更换较车站现有变压器更大容量的变压器，因此节省了运营成本。

Description

轨道交通车站的供电系统

技术领域

本实用新型一般涉及轨道交通技术领域，具体涉及一种轨道交通车站的供电系统。

背景技术

发展轨道交通是缓解城市交通拥堵的一个重要途径。一般地，轨道交通通过直流电源对轨道车辆进行驱动。轨道交通的各车站通过市电来为车站内的各负载提供电能。随着车站内功能的增加，车站内的负载亦相应的增加，这就要去增大变压器的容量才能满足负载增加的需求。

实用新型内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种轨道交通车站的供电系统，用以解决现有技术中，随着车站内负载的增加，需要相应增加变压器容量的问题。

本实用新型提供一种轨道交通车站的供电系统，包括逆变器、交流配电柜和市电变压器；

所述逆变器，用于从轨道交通的接触轨获取直流电，并将所述直流电逆变为第一交流电，输送给所述交流配电柜；

所述市电变压器，用于从市电网络获取第二交流电，并将所述第二交流电变压为第三交流电，输送给所述交流配电柜；

所述交流配电柜，用于将所述第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载。

作为可实现方式，所述第二交流电的电压高于所述第三交流电的电压。

作为可实现方式，所述逆变器包括逆变单元和变压单元；

所述逆变单元，用于向所述变压单元输出至少一路三相电或单相电；

所述变压单元，用于将所述三相电或单相电变压后输送至所述交流配电柜。

作为可实现方式，所述变压单元的输出端连接有交流主接触器，所述交流主接触器并联有交流预充支路，所述交流预充支路包括串联的交流预充电阻和交流预充接触器。

作为可实现方式，所述逆变单元包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管及第六晶体管，所述第一晶体管的第二极、第三晶体管的第二极和第五晶体管的第二极均连接作为正极的所述接触轨，所述第二晶体管的第一极、第四晶体管的第一极和第六晶体管的第一极均连接作为负极的所述接触轨；

所述第一晶体管的第一极为所述逆变单元的U相输出端并且连接所述第二晶体管的第二极和所述变压单元，所述第三晶体管的第一极为所述逆变单元的V相输出端并且连接所述第四晶体管的第二极和所述变压单元，所述第五晶体管的第一极为所述逆变单元的W相输出端并且连接所述第六晶体管的第二极和所述变压单元。

作为可实现方式，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管及所述第六晶体管均为IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor；绝缘栅双极型晶体管)。

作为可实现方式，所述逆变器包括直流输入端和交流输出端，至少所述直流输入端和所述交流输出端之一连接有电涌保护器。

作为可实现方式，所述直流输入端通过正极直流母线和负极直流母线，与作为正极的所述接触轨和作为负极的所述接触轨对应连接，至少所述正极直流母线连接有直流主接触器，所述正极直流母线上设置有与所述直流主接触器并联的直流预充支路，所述直流预充支路包括串联的直流预充电阻和直流预充接触器。

作为可实现方式，所述逆变器的直流输入端和交流输出端中的至少其一连接有滤波单元。

作为可实现方式，所述滤波单元包括连接于所述直流电正极与负极间的电容、连接于连接于所述直流电正极的磁环、连接于所述第一交流电各相间的电容或连接于所述第一交流电各相的磁环。

本申请提供的上述方案，通过轨道交通的接触轨及市电来对车站内的负载进行供电，解决了单纯依靠市电对车站内负载进行供电时，需要较大的变压器容量，或者是随着这站内负载的增加，需要更换较车站现有变压器更大容量的变压器，因此节省了运营成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例提供的轨道交通车站的供电系统的原理图；

图2为本实用新型实施例提供的逆变器的原理图；

图3为本实用新型实施例提供的逆变单元的原理图；

图4为本实用新型另一实施例提供的轨道交通车站的供电系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1所示，本实用新型实施例提供的轨道交通车站的供电系统，包括逆变器4、交流配电柜5和市电变压器10；逆变器4用于从轨道交通的接触轨获取直流电，并将所述直流电逆变为第一交流电，输送给所述交流配电柜5；市电变压器10用于从市电网络9获取第二交流电，并将所述第二交流电变压为第三交流电，输送给所述交流配电柜5；交流配电柜5，用于将所述第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载8。

对于轨道交通来说，其具有用于供轨道车辆如地铁、轻轨、云轨等行走的轨道。轨道可以是单轨的，也可以是双轨的。在轨道的侧面设置有沿轨道延伸的接触轨，接触轨用于对轨道车辆提供电能。一般地，轨道车辆采用直流电驱动，直流电的电压可以是750V、500V等，相应地，接触轨具有两条，一条作为电源的正极，可以称为正接触轨2，另一条作为电源的负极，可以称为负接触轨1。该两条接触轨可以位于轨道的同一侧，也可以分置于轨道的两侧。优选地，该两条接触轨分置于轨道的两侧。

逆变器4是把直流电能转变成定频定压或调频调压交流电的转换器。逆变器4通过负极直流母线与作为电源负极的接触轨连接，通过正极直流母线与作为电源正极的接触轨连接，以从接触轨获取直流电，并将该直流电转变为需要的第一交流电，并输送至车站内的交流配电柜5。可以根据实际需要选择逆变器4的最大输出功率及输出的第一交流电的电压。一般地，在正极直流母线和负极直流母线上设置总接触器3，以控制逆变器4是否与接触轨接通，以获取直流电。

此外，轨道交通车站还配置有市电变压器10，以从市电网络9来获得第二交流电，也即市电，市电网络9一般可以是10KV的交流电。

交流配电柜5，用于将第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载8。这里的负载8可以但不限于为车站内无线网络系统、照明系统、公共电话、专用无线、电视系统、广播系统、时钟系统、车站内排洪系统、PIS(Passenger Information System，乘客信息系统)、车地无线、集中告警、警用OA、专用OA、AFC(Automatic Fare Collection System，城市轨道交通自动售检票系统)、BAS(Building Automation System，建筑设备自动化系统)、车站内视频监控系统、空调系统、车站内轿厢式电梯或扶梯式电梯、X射线安检仪、自动售票机、自动售货机等。

交流配电柜5内一般设置有交流电的各相线路6、零线N及地线PE等。各相线路6可以连接接地的熔断器，以在各相线路6上电压或电路过大时熔断，以对线路及负载、元器件等进行保护。

本申请提供的上述方案，通过轨道交通的接触轨及市电来对车站内的负载8进行供电，解决了单纯依靠市电对车站内负载8进行供电时，需要较大的变压器容量，或者是随着这站内负载8的增加，需要更换较车站现有变压器更大容量的变压器，因此节省了运营成本。

此外，现有的轨道车辆具有再生制动的功能，再生制动是指在轨道车辆减速或停车的时候，反向拖拽电机，使电机处于发电的工况，以使轨道车辆的动能转化为电能回馈到接触轨，回馈到接触轨的再生制动的电能会使接触轨的电压升高，通过设置逆变器4从接触轨来获取直流电，一方面可以将再生制动产生的电能从接触轨引出，以维持接触轨电压的稳定，另一方面，通过逆变器4将再生制动产生的电能经逆变后，输送至车站内的交流配电柜5，以供车站内的负载8使用，相较于轨道车辆在减速或刹车时，将动能转化为热能而浪费掉来说，本申请的方案具有节能环保的效果。

作为可实现方式，所述第二交流电的电压高于第三交流电的电压。一般地，第三交流电可以为380V的三相电或220V的单相电，每一条火线称为一相。而市电网络9中的第二交流电一般为10KV的交流电，以降低传输过程中的电能损耗。

作为可实现方式，如图2所示，逆变器4包括逆变单元12和变压单元11；所述逆变单元12，用于向所述变压单元11输出至少一路三相电或单相电；所述变压单元11，用于将所述三相电或单相电变压后输送至所述交流配电柜5。

逆变单元12用于对取自接触轨的直流电逆变为交流电，如将750V的直流电逆变为750V，50Hz的交流电，该交流电可以是单向，也可以是三相。然后，变压单元11对该交流电进行变压，对应的输出380V，50Hz的三相交流电或220V，50Hz的单向交流电，以供车站内负载8使用。

由于轨道交通车站内的负载是变化的，因此不需要逆变器全负荷的对轨道交通车站内交流配电柜5提供电力，而变压单元11具有自身损耗，并且变压单元11的容量与输出功率之间的差值越大，则其损耗越高，例如，变压单元11的容量为5000W，输出功率(也即负载实际需要的功率)为500W，那么变压单元11的自身损耗要高于，变压单元11的容量为1000W，输出功率为500W时的自身损耗。因此，变压单元11可以选用多种容量的，例如该示例中选用的是具有三种容量的，在这种情况下，逆变单元12输出三路三相电或单相电，该示例中是三相电，分别连接至变压单元11的不同容量的输入接口，该三路三相电分别通过选通接触器K3、K4、K5来选择接入回路中的变压单元11的容量。例如但不限于，K3闭合时，变压单元11接入的容量为10000W，K4闭合时，变压单元11接入的容量为20000W，K5闭合时，变压单元11接入的容量为40000W等等。通过设置不同的回路，根据负载的用电需求来相应的选择变压单元11的不同容量，可以降低变压单元11的损耗。

作为可实现方式，所述变压单元11的输出端连接有交流主接触器K6，所述交流主接触器K6并联有交流预充支路，所述交流预充支路包括串联的交流预充电阻R2和交流预充接触器K7。若变压单元11的输出端输出的是三相电，则各相均连接一个交流预充电阻R2，若变压单元11的输出端输出的是单相电，则可以只在火线上连接交流预充电阻R2。

在将该变压单元11输出的交流电接入负载8之前，首先接通交流预充支路，也即将交流预充接触器K7合闸，将交流预充电阻R2接入到电路中，交流预充电阻R2起到限流的作用，使得电路中的电流不至于瞬间过大而造成负载8等的损坏，若是不设置该交流预充电阻R2，直接对交流主接触器K6进行合闸时，线路上会产生瞬时的大电流，该大电流容易造成负载8等部件的损坏。此外，在将交流预充电阻R2接入到电路中之后，再合闸交流主接触器K6，可以防止交流主接触器K6合闸时产生电火花。

该交流预充电阻R2例如但不限于为功率电阻。

作为可实现方式，如图3所示，逆变单元12包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5及第六晶体管Q6，所述第一晶体管Q1的第二极、第三晶体管Q3的第二极和第五晶体管Q5的第二极均连接作为正极的所述接触轨，所述第二晶体管Q2的第一极、第四晶体管Q4的第一极和第六晶体管Q6的第一极均连接作为负极的所述接触轨；

所述第一晶体管Q1的第一极为所述逆变单元12的U相输出端并且连接所述第二晶体管Q2的第二极和所述变压单元11，所述第三晶体管Q3的第一极为所述逆变单元12的V相输出端并且连接所述第四晶体管Q4的第二极和所述变压单元11，所述第五晶体管Q5的第一极为所述逆变单元12的W相输出端并且连接所述第六晶体管Q6的第二极和所述变压单元11。该示例中，每两个晶体管对应一相，六个晶体管总共产生三相交流电，该三相交流电经变压单元11变压后，形成380V，50Hz的三相交流电，从而实现了对轨道车站进行三相供电的目的。

作为可实现方式，所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2、所述第三晶体管Q3、所述第四晶体管Q4、所述第五晶体管Q5及所述第六晶体管Q6均为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor；绝缘栅双极型晶体管)。逆变单元12采用IGBT，具有驱动功率小，且饱和压降低的优点。

作为可实现方式，所述逆变器4包括直流输入端和交流输出端，至少所述直流输入端和所述交流输出端之一连接有电涌保护器15。

例如可以仅在逆变器4的直流输入端连接电涌保护器15，或仅在逆变器4的交流输出端连接电涌保护器15，再或者既在逆变器4的直流输入端连接电涌保护器15，又在逆变器4的交流输出端连接电涌保护器15。通过设置电涌保护器15，在因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他负载8、设备或元器件等的损害。

当然，还可以在正极直流母线和负极直流母线之间连接绝缘检测器14，以检测正极直流母线和负极直流母线之间是否短路。

作为可实现方式，另参见图2，所述直流输入端通过正极直流母线和负极直流母线，与作为正极的所述接触轨和作为负极的所述接触轨对应连接，至少所述正极直流母线连接有直流主接触器K2，所述正极直流母线上设置有与所述直流主接触器并联的直流预充支路，所述直流预充支路包括串联的直流预充电阻R1和直流预充接触器K1。

在将该逆变器4与接触轨接通之前，首先接通直流预充支路，也即将直流预充接触器K1合闸，将直流预充电阻R1接入到电路中，直流预充电阻R1起到限流的作用，使得电路中的电流不至于瞬间过大而造成相关元件等的损坏，若是不设置该直流预充电阻R1，直接对直流主接触器K2进行合闸时，线路上会产生瞬时的大电流，该大电流容易造成逆变单元12等部件的损坏。此外，在将直流预充电阻R1接入到电路中之后，再合闸直流主接触器K2，可以防止直流主接触器K2合闸时产生电火花。

该直流预充电阻R1例如但不限于为功率电阻。

作为可实现方式，所述逆变器4的直流输入端和交流输出端中的至少其一连接有滤波单元13。通过设置滤波单元13，可以滤除电路中的高频杂波，提供供电的品质。

作为可实现方式，所述滤波单元包括连接于所述直流电正极与负极间的电容C、连接于连接于所述直流电正极的磁环、连接于所述第一交流电各相间的电容C或连接于所述第一交流电各相的磁环。除了此种滤波单元外，还可以采用诸如RC、RL等形式的滤波，这里不一一赘述。

具体地，参见图4所示，本实用新型提供的一种轨道交通车站的供电系统，包括逆变器、交流配电柜和市电变压器10；逆变器用于从轨道交通的正接触轨2和负接触轨1获取直流电，并将直流电逆变为第一交流电，输送给所述交流配电柜，其中第一交流电为三相电，相应地，交流配电柜为具有三相输出A、B、C以及零线N和地线PE；市电变压器10用于从市电网络9获取第二交流电，并将所述第二交流电变压为第三交流电，输送给所述交流配电柜；交流配电柜，用于将第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载。逆变器通过正极直流母线和负极直流母线连接至正接触轨2和负接触轨1。正极直流母线上连接电涌保护器15。正极直流母线和负极直流母线之间连接绝缘检测器14。正极直流母线和负极直流母线分别连接直流主接触器K2，正极直流母线上设置有与直流主接触器并联的直流预充支路，直流预充支路包括串联的直流预充电阻R1和直流预充接触器K1。正极直流母线和负极直流母线之间连接有作为滤波单元的电容C，也即直流电正极与负极间连接电容C进行滤波。在直流预充电阻R1后的线路中连接逆变单元12，逆变单元12包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5及第六晶体管Q6，所述第一晶体管Q1的第二极、第三晶体管Q3的第二极和第五晶体管Q5的第二极均连接接触轨的正极，第二晶体管Q2的第一极、第四晶体管Q4的第一极和第六晶体管Q6的第一极均连接接触轨的负极；第一晶体管Q1的第一极为所述逆变单元12的U相输出端并且连接所述第二晶体管Q2的第二极和所述变压单元11，第三晶体管Q3的第一极为逆变单元12的V相输出端并且连接第四晶体管Q4的第二极和变压单元11，第五晶体管Q5的第一极为所述逆变单元12的W相输出端并且连接所述第六晶体管Q6的第二极和变压单元11。其中，该变压单元11具有三个容量，逆变单元12分为三路分别通过选通接触器K3、K4、K5与变压单元11连接。变压单元11的输出端连接有交流主接触器K6，交流主接触器K6并联有交流预充支路，交流预充支路包括串联的交流预充电阻R2和交流预充接触器K7。该变压单元11的输出端输出的是三相电，各相均连接一个交流预充电阻R2。交流主接触器K6后的回路中还可以设置断路器K8，在断路器K8之后的回路中，每相线路之间均可以连接电容C进行滤波。当然，此处还可以连接电涌保护器15。

为了对该轨道交通车站的供电系统进行验证，可以采用功率分析仪监控该轨道交通车站的供电系统的运行状态，采集每个工况下轨道交通车站的供电系统的输出电压和电流，分析轨道交通车站的供电系统的电能质量与功率，并且分析轨道车辆在制动时逆变器能否吸收回馈再生制动能量从而稳定接触轨电压。将功率分析仪的电压差分探头测试夹和电流钳钳口各接1个在逆变器直流输入端和交流三相输出端，电压差分探头和电流钳输出端分别连接功率分析仪相应采集通道，按照此方式分别连接好测试设备后，进行直流逆变低压实验。

例如，以恒流模式运行轨道交通车辆，根据需要向接触轨下发电流值，以开始直流逆变低压。分别进行轨道交通车辆不取流时的空载及带载试验，能有效的将直流电逆变成交流电。接下来轨道交通车辆以30km/h及50km/h速度运行，随后100％级位电制动，数据显示能有效的稳定电压，说明逆变器可以正常的从接触轨获取电能，并能将轨道交通车辆在制动时产生的再生制动能力导出，稳定了接触轨的电压。

需要理解的是，上文如有涉及术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种轨道交通车站的供电系统，其特征在于，包括逆变器、交流配电柜和市电变压器；

所述逆变器，用于从轨道交通的接触轨获取直流电，并将所述直流电逆变为第一交流电，输送给所述交流配电柜；

所述市电变压器，用于从市电网络获取第二交流电，并将所述第二交流电变压为第三交流电，输送给所述交流配电柜；

所述交流配电柜，用于将所述第一交流电和第三交流电输送给轨道交通车站内的负载。

2.根据权利要求1所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述第二交流电的电压高于所述第三交流电的电压。

3.根据权利要求1所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述逆变器包括逆变单元和变压单元；

所述逆变单元，用于向所述变压单元输出至少一路三相电或单相电；

所述变压单元，用于将所述三相电或单相电变压后输送至所述交流配电柜。

4.根据权利要求3所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述变压单元的输出端连接有交流主接触器，所述交流主接触器并联有交流预充支路，所述交流预充支路包括串联的交流预充电阻和交流预充接触器。

5.根据权利要求3或4所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述逆变单元包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管及第六晶体管，所述第一晶体管的第二极、第三晶体管的第二极和第五晶体管的第二极均连接作为正极的所述接触轨，所述第二晶体管的第一极、第四晶体管的第一极和第六晶体管的第一极均连接作为负极的所述接触轨；

所述第一晶体管的第一极为所述逆变单元的U相输出端并且连接所述第二晶体管的第二极和所述变压单元，所述第三晶体管的第一极为所述逆变单元的V相输出端并且连接所述第四晶体管的第二极和所述变压单元，所述第五晶体管的第一极为所述逆变单元的W相输出端并且连接所述第六晶体管的第二极和所述变压单元。

6.根据权利要求5所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管及所述第六晶体管均为IGBT。

7.根据权利要求1所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述逆变器包括直流输入端和交流输出端，至少所述直流输入端和所述交流输出端之一连接有电涌保护器。

8.根据权利要求7所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述直流输入端通过正极直流母线和负极直流母线，与作为正极的所述接触轨和作为负极的所述接触轨对应连接，至少所述正极直流母线连接有直流主接触器，所述正极直流母线上设置有与所述直流主接触器并联的直流预充支路，所述直流预充支路包括串联的直流预充电阻和直流预充接触器。

9.根据权利要求1-4、7-8任一项所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述逆变器的直流输入端和交流输出端中的至少其一连接有滤波单元。

10.根据权利要求9所述的轨道交通车站的供电系统，其特征在于，所述滤波单元包括连接于所述直流电正极与负极间的电容、连接于连接于所述直流电正极的磁环、连接于所述第一交流电各相间的电容或连接于所述第一交流电各相的磁环。

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