CN216268708U - 车载供电系统和磁悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种车载供电系统和磁悬浮列车。车载供电系统包括：多个直流主网，多个直流主网包括：多个母线；无线电能传输型电源，分别与多个母线连接；第一开关箱，第一开关箱用于连接多个第一负载，第一负载通过第一开关箱与多个母线连接；车载供电系统还包括：交流子网，与直流主网连接；直流子网，与直流主网连接。通过本申请的技术方案，能够灵活地分配每个母线上的电能，在一个母线出现故障时，还可以通过其它母线取电，从而提升了供电系统使用的灵活性和可靠性，并将降低车载供电系统的体积。

Description

车载供电系统和磁悬浮列车

技术领域

本申请属于磁悬浮列车技术领域，具体涉及一种车载供电系统和一种磁悬浮列车。

背景技术

高速磁悬浮列车的运行时速在400公里以上，其内部的车载供电系统无法通过第三轨或受电弓等机械部件与车外的公共电网相连。通常，高速磁悬浮列车载供电系统通过车内的分布式电磁耦合装置完成电能的汇集与供应。但此类装置容量有限、能提供的惯量较小。因此，高速磁悬浮列车的车载供电系统强度较低，且无法获得外部电网的支撑。这种车载供电系统，在暂态工况下，应对冲击的能力有限；在故障工况下，系统不具备良好的应对能力。

为了满足负载对供电系统高性能、高可靠的要求，目前车载供电系统通常采用系统冗余设计的方式应对暂态冲击和故障：在系统层面，增加供电系统的编组数；在设备层面，增加备用电源及储能单元的数量和容量。但是，列车设备舱的空间狭小，可配置设备的种类和数量有限。因此，车载电网的冗余配置与列车空间狭小的客观情况之间存在着矛盾与制约。

如图1所示，一种车载供电系统，其配置有四套相互之间完全独立的440V直流主网400、4套相互之间完全独立的24V直流子网402和2套相互之间完全独立的230V交流子网404。440V直流主网400为车载供电系统的骨干网，24V直流子网402和230V交流子网404从440V系统取电。

在此类方案中，车载供电系统具有多种增加可靠性的方式：

对于440V直流主网400而言，车上设有4组相同结构的直流主网。所有的440V直流负载被尽量平均地分配到各个网络之中，减小了一套电网损坏所造成的影响范围。4套直流网在正常运行过程中完全处于独立隔绝的状态，不具备相互支援和协调的能力，但也规避了故障下的相互影响。此外，每套车载直流电网中配有一组蓄电池作为备用电源，保证供电模块故障后负载不间断供电。最后，四套电网之间设有联络开关，当1个440V故障导致电能不足，且控制系统判断该故障不会造成其他电网进一步故障的情况下，四个联络开关同时闭合，由其他三个电网对故障电网进行紧急功率支援。

如图2所示，对于24V直流子网402而言，车内同样配置有4套独立的网络。每套网络之中均配置一组DC/DC变换器作为主电源，另外配置一台蓄电池作为备用电源。DC/DC主电源之中具有两个子模块，分别接入不同的440V直流主网400，避免了一个模块故障或某一个440V直流主网400故障导致的供电中断。备用蓄电池用于DC/DC变换器故障后的紧急供电。

如图3所示，对于230V交流子网404而言，由于列车对其可靠性的要求较低，因此其网络结构不具备高可靠性、设备不进行冗余配置，只是在接线时尽量的将同一类负荷接入两个不同的交流子网404之中，从而尽量避免一个子网失效导致同类型全部负荷失电。

如图1、图2和图3所示，上述技术方案具有如下几个方面的不足：

(1)车载设备数量多。从图1中可以看出，供电系统中装置重复率较高。例如：为了保证独立性，每套以440V直流主网400均需要配备一套分配单元。

(2)储能单元复用性差，体积重量大。每个440V直流主网400和24V直流子网402均独立的配备一组电池作为替代电源，其容量复用性较差。当各独立电网缺乏灵活功率分配方案、不具备互支持能力的时候，各电池需要具备等同于电源变换器的供电能力。假设列车全部负荷为100kW，运行时长为1小时。则每套440V直流主网400承担的负荷达到25kW/25kWh,考虑供电设备故障，则每套440V直流主网400需配备大约30kWh容量的电池(考虑80％放电深度)。四套直流主网400的电池总计120kWh，按照110Wh/kg的行业平均水平，电池总重量将达到1091kg。

(3)无法应对母线故障。供电系统中的440V直流主网400、24V直流子网402和230V交流子网404均为多电源单母线结构，网络的供电可靠性有限。当母线发生故障时，网络中的全部电源将失效，负荷将无法获取电能。

(4)不具备互支持能力，各电网运行状态偏差大。车载设备种类繁多、数量不一、与电网组数并非绝对的倍数关系。因此电网的负荷配置难以同时兼顾稳态负荷的均衡和暂态冲击的均摊。同一等级的各个电网在电气上完全独立，无法进行互相支撑，因此不得不进行差异化运行，顶层能量管理系统的控制复杂度有所增加。差异化运行导致的老化速度不一致将对运维和检修造成不便。

(5)运行灵活性不足。电网的调控方式主要依赖于开关的动作，系统的运行状态不够柔性。系统中缺乏灵活调控的手段。

总体而言，现有的主流方案中，各电网之间完全独立、无法相互支撑，网络设备存在过度配置的情况，在实际的运行过程中灵活性不足，且平滑性较差。

实用新型内容

根据本申请的实施例旨在至少改善现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，根据本申请的实施例的一个目的在于提供一种车载供电系统。

根据本申请的实施例的另一个目的在于提供一种磁悬浮列车。

为了实现上述目的，根据本申请第一方面的实施例提供了一种车载供电系统，包括：多个直流主网，多个直流主网包括：多个母线；无线电能传输型电源，分别与多个母线连接；第一开关箱，第一开关箱用于连接多个第一负载，第一负载通过第一开关箱与多个母线连接；车载供电系统还包括：交流子网，与直流主网连接；直流子网，与直流主网连接。

根据本申请第二方面的实施例提供了一种磁悬浮列车，包括：车体和如上述第一方面中任一项实施例的车载供电系统。车载供电系统设于车体上。

根据本申请第一方面的实施例提供的车载供电系统，包括直流主网、直流子网和交流子网。直流子网和交流子网通过和直流主网的连接，可以从直流主网取电，再转换成不同类型、不同电压的电力，以便于不同的负载用电。其中，多个直流主网包括多个母线，无线电能传输型电源与多个母线连接，则可以将无线电能传输型电源的电能平均分配到多个母线上，也可以根据具体需要，灵活地分配每个母线上的电能。另外，第一负载通过第一开关箱与多个母线连接，在一个母线出现故障时，还可以通过第一开关箱内的开关投切，将出现故障的母线上的第一负载切换到其它母线取电，从而提升了车载供电系统使用的灵活性和可靠性。另外，无线电能传输型电源与多个母线连接，由于多个第一负载通过第一开关箱从母线上取电，而不是通过多个相互独立的电网分配单元取电，这样就不再需要多个开关箱，只用一个第一开关箱即可，大幅减少了第一开关箱的数量，相应地就可以减少车载供电系统的总体积，减小其占地空间，有利于在磁悬浮列车上的有限空间内使用。

根据本申请的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本申请的实施例的实践了解到。

附图说明

图1是现有技术的一个车载供电系统的网络结构框图；

图2是现有技术的一个车载供电系统的直流子网的网络结构框图；

图3是现有技术的一个车载供电系统的交流子网的网络结构框图；

图4是根据本申请提供的一个实施例的车载供电系统的网络结构框图；

图5是根据本申请提供的一个实施例的车载供电系统的局部网络结构框图；

图6是根据本申请提供的一个实施例的车载供电系统的交流子网的网络结构框图；

图7是根据本申请提供的一个实施例的车载供电系统的直流子网的网络结构框图；

图8是根据本申请提供的一个实施例的直流主网在N-1失效后的动态特性图；

图9是根据本申请提供的一个实施例的交流子网的电压和负载电流波形示意图。

其中，图1至图3中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

400直流主网，402直流子网，404交流子网。

图4至图7中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10直流主网，100母线，102无线电能传输型电源，104第一开关箱，106第一电池组，108第一负载，110第一开关，20交流子网，200第一变流器，202第二变流器，204第二开关箱，206市电接口，208第一子模块，210第二负载，212第二开关，30直流子网，300第一变换器，302第二电池组，304第二变换器，306第三电池组，308第三开关箱，310第一直流母线网，312第二直流母线网，314第三负载，316第二子模块，318第三开关。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解根据本申请的实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对根据本申请的实施例进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，根据本申请的实施例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根据本申请的实施例，但是，根据本申请的实施例还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，根据本申请的实施例提供的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图4至图9描述根据本申请提供的一些实施例。

如图4至图7所示，根据本申请第一方面的实施例提出的一个车载供电网络，包括：多个直流主网10、直流子网30和交流子网20。多个直流主网10包括：多个母线100、无线电能传输型电源102、第一开关箱104、第一负载108。无线电能传输型电源102分别与多个母线100连接。第一开关箱104上连接有多个第一负载108。多个第一负载108通过第一开关箱104与多个母线100连接。交流子网20与直流主网10连接。直流子网30与直流主网10连接。

根据本申请第一方面的实施例提供的车载供电网络，包括直流主网10、直流子网30和交流子网20。直流子网30和交流子网20通过和直流主网10的连接，可以从直流主网10取电，再转换成不同类型、不同电压的电力，以便于不同的负载用电。其中，多个直流主网10包括多个母线100，无线电能传输型电源102与多个母线100连接，则可以将无线电能传输型电源102的电能平均分配到多个母线100上，也可以根据具体需要，灵活地分配每个母线100上的电能。另外，第一负载108通过第一开关箱104与多个母线100连接，在一个母线100出现故障时，还可以通过第一开关箱104内的开关投切，将出现故障的母线100上的第一负载108切换到其它母线100取电，从而提升了车载供电系统使用的灵活性和可靠性。另外，无线电能传输型电源102与多个母线100连接，由于多个第一负载108通过第一开关箱104从母线100上取电，而不是通过多个相互独立的电网分配单元取电，这样就不再需要多个开关箱，只用一个第一开关箱104即可，大幅减少了第一开关箱104的数量，相应地就可以减少车载供电系统的总体积，减小其占地空间，有利于在磁悬浮列车上的有限空间内使用。无线电能传输型电源102包括车载接收线圈、整流器、斩波器等。

在上述实施例中，第一开关箱104内设置有多个第一开关110。多个第一开关110的设置，便于连接多个第一负载108。进一步地，每个第一负载108连接有两个第一开关110。第一负载108通过和两个第一开关110连接，便于通过这两个第一开关110连接到不同的母线100上。在一个母线100出现故障时，第一负载108可以连接到另一个母线100上，从而降确保第一负载108的正常运行。可以理解，连接在同一个第一负载108上的两个第一开关110之间为互锁状态。即同一个第一负载108上连接的两个第一开关110中，一个开启，则另一个关闭，以实现互锁，以避免出现母线100并联的现象，从而保证互支持状态下的直流主网10之间具有较好的电气隔离性，限制了故障的影响范围。

可以理解，直流主网10的电压可以是550V、446V、442V、440V中的任意一种。

进一步地，直流主网10还包括多个第一电池组106。多个第一电池组106用于作为备用电源。第一电池组106的电压和直流主网10的电压相同。可以理解，每个第一电池组106均与一个母线100连接。或者说，每个母线100上连接有一个第一电池组106。通过每个母线100上连接一个第一电池组106备用，在无线电能传输型电源102出现故障时，可以使用多个第一电池组106继续供电，从而保证直流主网10工作的稳定性和可靠性。

在上述实施例中，交流子网20包括第一变流器200和第二变流器202。第一变流器200与直流主网10上的每个母线100连接，以便于从母线100上取电。第二变流器202也与直流主网10上的每个母线100连接。交流子网20还包括第二开关箱204。第二开关箱204用于连接多个第二负载210。第二开关箱204还与分别第一变流器200、第二变流器202相连。第二开关箱204通过和第一变流器200、第二变流器202的连接，可以为第二负载210供电。

如图4所示，第一电池组106包括蓄电池组1#，蓄电池组2#、蓄电池组3#、蓄电池组4#等。

第一变流器200和第二变流器202的设置，便于灵活地分配输出的总功率，以满足不同第二负载210的需求。同时，两个变流器的设置，还便于在一个变流器发生故障时，还能通过另一个变流器作为备用，从而保证第二负载210使用的持续性，保证了交流子网20工作的稳定性和可靠性。

进一步地，第一变流器200的内部配置有多个第一子模块208。多个第一子模块208的设置，便于灵活分配功率，且每一个第一子模块208接入不同的母线100，有利于降低直流主网10崩溃后交流子网20的功率缺额，降低了电能设备本身失效所造成的功率缺额。

同样地，第二变流器202的内部也配置有多个第一子模块208。其技术效果同第一变流器200内的第一子模块208，在此不再赘述。

在上述实施例中，每个第一子模块208内均设置有磁隔离元件。通过设置磁隔离元件，有利于保证各电压等级电网的电气隔离，保证直流主网10之间不会通过变换器副边并联。

交流子网20的电压包括380V、230V、110V中的任意一种。

在交流子网中，还包括多个第二开关212。每个第二开关212的两端分别连接母线100和第一子模块208。每个第一子模块208上连接有两个第二开关212，两个第二开关212连接至不同的母线100。同时，连接在同一个第一子模块208上的两个第二开关212为互锁状态。两个第二开关212互锁，即一个第二开关212开启，则另一个第二开关212关闭，以实现互锁。

交流子网20为双母线结构。采用双母线结构，在其中一个母线网出现故障时，另一个母线网可以继续供电，从而保证第二负载210用电的连续性，提升了直流子网30的可靠性和稳定性。具体可以通过第二开关212的切换来实现第二负载210所连接的母线100的切换。

在上述任一项实施例中，第二开关箱204上连接有市电接口206。通过设置市电接口206，在列车停靠时，可以在站内将电网接入市电，通过市电完成超导励磁机的供电和交流负载的启动，精简系统容量，规避启动冲击。

在上述任一项实施例中，直流子网30包括第一变换器300、第二电池组302、第二变换器304、第三电池组306和第三开关箱308。

第一变换器300与直流主网10上的每个母线100连接，构造出第一直流母线网310。第二变换器304与直流主网10上的每个母线100连接，构造出第二直流母线网312。这样使得直流子网30为一个双母线结构。采用双母线结构，在其中一个母线网出现故障时，另一个母线网可以继续供电，从而保证负载用电的连续性，提升了直流子网30的可靠性和稳定性。

第二电池组302与第一直流母线网310连接。第三电池组306与第二直流母线网312连接。通过设置第二电池组302、第三电池组306，可以在直流主网10的母线100出现故障时，为直流子网30继续供电，从而保证直流子网30工作的稳定性和可靠性。

第三开关箱308与第一直流母线网310、第二直流母线网312分别连接，第三开关箱308用于连接多个第三负载314，以便于为第三负载314供电。

进一步地，第一变换器300的内部配置有多个第二子模块316。多个第二子模块316的设置，便于灵活分配功率，且每一个第二子模块316接入不同的母线100，有利于降低直流主网10崩溃后直流子网30的功率缺额，降低了电能设备本身失效所造成的功率缺额。

同样地，第一变换器300的内部也配置有多个第二子模块316。其技术效果同第一变换器300内的第二子模块316，在此不再赘述。

在上述实施例中，每个第二子模块316内均设置有磁隔离元件。通过设置磁隔离元件，有利于保证各电压等级电网的电气隔离，保证直流主网10之间不会通过变换器副边并联。

直流子网30的电压包括11V、48V、24V中的任意一种。

在上述实施例中，直流子网30还包括多个第三开关318。每个第三开关318的两端分别连接母线100和第二子模块316。每个第二子模块316上连接有两个第三开关318，两个第三开关318连接至不同的母线100。同时，连接在同一个第二子模块316上的两个第三开关318为互锁状态。两个第三开关318互锁，即一个第三开关318开启，则另一个第三开关318关闭，以实现互锁。

需要指出的是，两个第三开关318的互锁，主要是指一个第三开关318开启时，另一个必然关闭，即两个第三开关318不能同时开启，以避免出现两个母线100并联的情况。但两个第三开关318可以同时关闭。同样地，两个第一开关110的互锁，也是指不能同时开启，但是可以同时关闭。两个第二开关212的互锁，也是指不能同时开启，但是可以同时关闭。

在上述实施例中，车载供电系统还包括控制器。车载供电系统具有稳态工况、暂态工况和故障工况。控制器用于在不同的工况下，调节各个母线100的功率分配。

具体地，控制器与无线电能传输型电源102连接。在稳态工况下，控制器用于大致平均地分配功率，也就是将无线电能传输型电源102的功率平均分配到多个母线100上。

通过平均地分配多个母线100上的功率，使得各个直流主网10上的负荷可以大致相同，各个直流主网10的使用寿命大致相当，有利于避免个别直流主网10使用过度导致其寿命缩短而影响其它直流主网10。

进一步地，在故障工况和暂态工况下，各个母线100的功率需求不同。为此，控制器还与多个第一开关110、多个第二开关212、多个第三开关318相连。通过和多个第一开关110、第二开关212、第三开关318连接，则控制器可以通过控制第一开关110、第二开关212、第三开关318的启闭，来调节各个母线上的负荷和功率。

例如，在故障工况下，控制器通过控制第一开关110、第二开关212、第三开关318的启闭，将无线电能传输型电源102的功率均分至未发生故障的多个母线100上。通过第一开关110、第二开关212、第三开关318的启闭控制，可以将无线电能传输型电源102的功率最大化地使用，这样还有利于降低第一电池组106的数量和容量，减小第一电池组106占用的体积和空间。

在暂态工况下，控制器还通过控制第一开关110、第二开关212、第三开关318的启闭，降低具有冲击负荷的母线100上的功率。具体地，当一个直流主网10中的冲击负荷即将投入运行时，控制器预先将直流子网30和交流子网20的部分功率转移至非冲击的直流主网10，将直流主网10中的无线电能传输型电源102的容量充分释放，用于承受负载短暂冲击，当冲击停止工作后，再恢复初始功率分配方案。

另外，控制器还与多个第一子模块208、多个第二子模块316连接。在不同的工况下，控制器还能够通过调节多个第一子模块208、多个第二子模块316的功率，来调节各个母线上的功率分配。

根据本申请第二方面的实施例提供了一种磁悬浮列车，包括：车体和如上述第一方面中任一项实施例的车载供电系统。车载供电系统设于车体上。

本申请第二方面的实施例，通过采用上述第一方面中任一项实施例的车载供电系统，从而具有了上述实施例的全部有益技术效果，在此不再赘述。

如图4所示，根据本申请一个具体实施例的车载供电系统，包括：440V直流主网10、380V三相四线交流子网20和110V的直流子网30。380V三相四线交流子网20与440V直流主网10连接，110V直流子网30与440V直流主网10连接。

进一步地，440V直流主网10包括，4组无线电能传输型电源102和第一电池组106。4组无线电能传输型电源102与第一电池组106连接。第一电池组106用于作为备用电池组。第一开关箱104即DC440V开关箱。

根据上述方案，进一步，380V三相四线交流子网20包括，第一变流器200、第二变流器202、第二开关箱204、市电接口206。第一变流器200和第二变流器202均为模块化的双向DC/AC变流器。第二开关箱204为AC380V开关箱。市电接口206为AC380V供电接口。第一变流器200与440V直流主网10连接。第二变流器202与440V直流主网10连接。第二开关箱204与第一变流器200和第二变流器202分别连接。市电接口206与第二开关箱204连接。

根据上述方案，进一步，110V直流子网30包括，第一变换器300、第二变换器304、第二电池组302、第三电池组306和第三开关箱308。第一变换器300和第二变换器304均为DC/DC变换器。第二电池组302和第三电池组306均为DC110V蓄电池组。第三开关箱308为DC110V开关箱。

第一变换器300和第二变换器304与440V直流主网10连接构成第一直流母线网310和第二直流母线网312。第一直流母线网310和第二直流母线网312均为DC110V母线网。第二电池组302与第一直流母线网310连接。第三电池组306与第二直流母线网312连接。第三开关箱308分别与第一直流母线网310和第二直流母线网312连接。

根据上述方案，进一步，440V直流主网10不设置用于互连的开关。

根据上述方案，进一步，如图5、图6、图7所示，440V直流主网10在稳态、暂态和故障下的互相支援通过两级调控实现：

(1)440V的第一负载108直流进线上的开关的投切；

(2)AC380开关箱和DC110开关箱，即第二开关箱204和第三开关箱308内部模块的功率分配。

根据上述方案，进一步，440V负载直流进线上的开关与第二开关箱204和第三开关箱308处于互锁状态，正常情况下仅一路开关闭合，另一路开关断开。避免了440V直流主网10通过负荷母线100或电力电子变换器内部的汇流母排互连，保证了440V直流主网10的独立性和故障隔绝特性。

根据上述方案，进一步，如图6所示，第一变流器200和第二变流器202的内部均配置4个第一子模块208。

根据上述方案，进一步，如图7所示，第一变换器300和第二变换器304的内部均配置4个第二子模块316。

在正常工况下，440V的第一负载108按稳态功率尽量分为均等的四组，接入4套供电系统。第一变流器200、第二变流器202和第一变换器300、第二变换器304只需保证各模块输出总功率等于负载用电功率即可。具体的功率分配可较为灵活，稳态时，与较重440V的第一负载108处于同一直流主网10的第一子模块208或第二子模块316传输较少功率，剩余的第一子模块208或第二子模块316传输较多功率，保证直流主网10的出力均衡。当直流主网10中的冲击负荷即将投入运行时，系统也可以通过相同的方式进行互支持。预先将直流子网30和交流子网20的部分功率转移至非冲击的直流主网10，将直流主网10中主电源的容量充分释放，用于承受负载短暂冲击，当负载停止工作后，在恢复初始功率分配方案。

在故障工况下，系统具有两级调节能力，可通过开关操作、第二开关箱204和第三开关箱308的柔性调节完成故障下的不间断供电。以1#号440V的直流主网10母线100故障为例，此时直流负载1#可投切至直流主网10上的2#母线100，第一变流器200、第二变流器202上第一子模块208、第一变换器300和第二变换器304的第二子模块316分别被投切至直流主网10的编号为3#和4#的母线100，保证故障后功率尽量均摊。投切时其余的第一子模块208、第二子模块316短时30％过载，保证负载供电。由于所有设备均接入两条440V的母线100，不同的440V系统互为备用，用电设备的接线方式均等同于双母线100多电源接线。当某一440V系统发生母线100故障等极端恶劣故障时，该接线方式可以保证对负载连续供电。

根据上述方案，进一步，如图6、图7所示，380V三相四线交流子网20为双母线结构。110V直流子网30为双母线结构。

当任一母线100故障时，只有接在该母线100上的负载短时停电，经过开关投切将所有的回路(负载和电源)切换到另一组母线100上。提升了系统的可靠性，对母线100故障有良好的应对能力。可靠性和性能的进一步提升可结合负载的接入方式，如：重要负载尽量从两条母线100取电；与车辆姿态和动力相关的设备，其接线时应当保证对称性：譬如与列车左右或俯仰姿态相关的负载应尽量成对地接入同一条母线100，保证同时通电和断电。最后，380V母线上设有市电接口206，使得车载供电系统具备接入380V市电的能力。列车在站内停车时可将车载供电系统接入市电，通过市电完成超导励磁机的供电和380V负载，也就是第二负载210的启动，精简系统容量，规避启动冲击。

110V直流子网30的结构如图7所示，系统中有两套直流母线，即第一直流母线和第二直流母线。每套直流母线中有一台模块化双向DC/DC变换器和一台备用储能电池，例如第一变换器300和第二电池组302。双相DC/DC变换器的接线方式与交流子网20的DC/AC变流器类似。通常情况下110V直流子网30用于接入车中的低压控制、监测装置，第三负载314的数量和种类较多。各第二负载210可视自身对可靠性的要求接入一个或两个直流母线100。

从全系统的电压等级和制式的角度看，380V三相四线交流子网20可以更好地兼容三相及单相交流负载的供电需求。110V直流子网30可以为更好地兼容48V、24V、15V等多种电压等级的直流负载，可以为更大功率的直流负载供电。

最后，直流主网10的第一电池组106的配置容量可以大幅度削减。由于DC/DC、DC/AC等电能变换装置可灵活调节传输功率，在直流主网10出现N-1故障或主电源故障时刻可以电能变换装置充分调动全部剩余电网中的电池，将故障网络负荷平均分配至剩余网络中，所以单套电池的容量可由全列总负荷的25％(单套电网负荷的100％)降低至8.3％(单套电网负荷的33％)。

通过网络结构的优化使得系统内部的多套电网具备了相互支援的能力，弥补了高速磁悬浮列车无法利用地面电网进行支撑的不足，并有效提升了系统的精简性、可靠性、控制灵活度、系统强度及故障应对能力。下面对技术效果进行详细描述：

(1)精简设备数量和体积重量

对传统车载供电系统进行了集约化改进，改进后的系统的架构如图2所示。表1给出了传统方案和本具体实施例的车载供电系统中设备数量的对比。

表1不同方案下车载系统设备数量对比

	传统方案	本具体实施例方案
			440V开关箱数量	4个	1个
380V开关箱数量	2个	1个
			110V开关箱数量	4个	1个
440V储能电池容量/重量	4*30＝120kWh/1091kg	4*10＝40kWh/364kg
			110V储能电池容量/重量	4*3.125＝12.5kWh/112.7kg	2*6.25＝12.5kWh/112.7kg
DC/DC变换器数量	4台	2台
			DC/AC变流器数量	2台	2台

系统的精简还体现在直流主网10中的储能单元体积明显下降。第一电池组106的主要任务是作为备用电源，在直流主网10电源故障时为第一负载108提供电能，传统方案中电池的配置方案已有所分析，车内需配置四台30kWh容量的电池。由于电能变换装置的调控，在440V直流主网10发生N-1故障时，剩余三套系统中的电池可均摊负荷，因此只需配置4台10kWh的电池。电池组的容量、体积和重量将至传统方案的1/3。

(2)提升供电可靠性

从图6和图7可见，系统中所有的用电设备均从两路直流主网10取电，也就是可以连接两条母线100。避免了一套电网崩坏造成负荷供电中断。两路进线的开关处于互锁状态，正常情况下设备只接入一套440V直流主网10，避免了直流主网10在负荷端并联，从而保证互支持状态下的直流主网10之间具有较好的电气隔离性，限制了故障的影响范围。

电能变换装置采用模块化的结构，每一个模块内部均应配置磁隔离元件。保证各电压等级电网的电气隔离，保证直流主网10之间不会通过变换器副边并联。每个电能变换装置均由四分裂的小功率模块构成，每一个模块接入不同的直流主网10，降低了直流主网10崩溃后直流子网30、交流子网20的功率缺额，降低了电能设备本身失效所造成的功率缺额。

440V直流主网10对于用电设备而言属于互备系统，380V交流子网20和110V直流子网30均采用双母线的结构，使得系统具有应对母线100故障的能力。保证母线100故障后设备的供电连续性。

应当理解的是，本具体实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的流程及结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。

(3)提升稳态和故障下的控制灵活度

通过电能变换装置模块间的协调控制，系统整体的控制灵活度有所提升。图8给出了#2号440V直流主网10输送功率归零后系统的特性。该仿真算例可以对应于多种实际工况，譬如在正常工况下#2号440V直流主网10承担大功率冲击负荷而在短时内无法向下级子系统供电。或者#2号440V直流主网10故障，使得该直流主网10内部的电源及电池全部失效。再或者DC/AC变流器的#2号第一子模块208故障。从波形可以看出，0.8s后#2号直流主网10传输至交流子系统的功率降低到零，#1号DC/AC第一子模块208工作在恒压恒频模式，#3和#4号第一子模块208工作在定功率模式。为了应对功率缺失所导致的电压跌落，其闭环控制系统自动地调节自身输出功率。0.02s后，#3和#4号第一子模块208接收到顶层控制系统的调度指令，分别增加自身的传输功率，弥补系统功率缺额。#2号440V直流主网10退出所导致的能量缺额被按比例的分摊至其余直流主网10。此时交流系统的电压和负载电流波形如图9所示，由图9可见交流系统受到的影响非常轻微，不存在短时失电的过程，系统的暂态过度也较为平滑。

直流子网30的控制过程与交流子网20类似，此处不再赘述。

在根据本申请的实施例中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在根据本申请的实施例中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于根据本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为根据本申请的优选实施例而已，并不用于限制根据本申请的实施例，对于本领域的技术人员来说，根据本申请的实施例可以有各种更改和变化。凡在根据本申请的实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在根据本申请的实施例的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种车载供电系统，其特征在于，包括：

多个直流主网(10)，多个所述直流主网(10)包括：

多个母线(100)；

无线电能传输型电源(102)，分别与多个所述母线(100)连接；

第一开关箱(104)，所述第一开关箱(104)用于连接多个第一负载(108)，所述第一负载(108)通过所述第一开关箱(104)与多个所述母线(100)连接；

所述车载供电系统还包括：

交流子网(20)，与所述直流主网(10)连接；

直流子网(30)，与所述直流主网(10)连接。

2.根据权利要求1所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第一开关箱(104)包括多个第一开关(110)；

每个所述第一负载(108)通过两个所述第一开关(110)与两个所述母线(100)分别连接，且同一个所述第一负载(108)连接的两个所述第一开关(110)互锁。

3.根据权利要求1或2所述的车载供电系统，其特征在于，所述直流主网(10)还包括：

多个第一电池组(106)，每个所述第一电池组(106)与一个母线(100)连接。

4.根据权利要求2所述的车载供电系统，其特征在于，所述交流子网(20)包括：

第一变流器(200)，与所述直流主网(10)上的每个所述母线(100)连接；

第二变流器(202)，与所述直流主网(10)上的每个所述母线(100)连接；

第二开关箱(204)，与所述第一变流器(200)、第二变流器(202)相连，所述第二开关箱(204)用于连接多个第二负载(210)。

5.根据权利要求4所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第一变流器(200)和所述第二变流器(202)的内部分别配置多个第一子模块(208)。

6.根据权利要求5所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第一子模块(208)内设有磁隔离元件。

7.根据权利要求5所述的车载供电系统，其特征在于，所述交流子网还包括：

多个第二开关(212)，所述第二开关(212)的一端与一个所述母线(100)连接，所述第二开关(212)的另一端与一个所述第一子模块(208)连接；

每个所述第一子模块(208)通过两个所述第二开关(212)与两个所述母线(100)分别连接，且同一个所述第一子模块(208)连接的两个所述第二开关(212)互锁。

8.根据权利要求4所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第二开关箱(204)上连接有市电接口(206)。

9.根据权利要求7所述的车载供电系统，其特征在于，所述直流子网(30)包括：

第一变换器(300)，与所述直流主网(10)上的每个所述母线(100)连接，构造出第一直流母线网(310)；

第二电池组(302)，与所述第一直流母线网(310)连接；

第二变换器(304)，与所述直流主网(10)上的每个所述母线(100)连接，构造出第二直流母线网(312)；

第三电池组(306)，与所述第二直流母线网(312)连接；

第三开关箱(308)，与所述第一直流母线网(310)、所述第二直流母线网(312)分别连接，所述第三开关箱(308)用于连接多个第三负载(314)。

10.根据权利要求9所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第一变换器(300)和第二变换器(304)的内部分别配置多个第二子模块(316)。

11.根据权利要求10所述的车载供电系统，其特征在于，

所述第二子模块(316)内设有磁隔离元件。

12.根据权利要求10所述的车载供电系统，其特征在于，所述直流子网(30)还包括：

多个第三开关(318)，所述第三开关(318)的一端与一个所述母线(100)连接，所述第三开关(318)的另一端与一个所述第二子模块(316)连接；

每个所述第二子模块(316)通过两个所述第三开关(318)与两个所述母线(100)分别连接，且同一个所述第二子模块(316)连接的两个所述第三开关(318)互锁。

13.根据权利要求12所述的车载供电系统，其特征在于，所述车载供电系统还包括：

控制器，与所述无线电能传输型电源(102)连接，在稳态工况下，所述控制器用于将所述无线电能传输型电源(102)的功率平均分配到多个所述母线(100)上。

14.根据权利要求13所述的车载供电系统，其特征在于，所述控制器与多个所述第一开关(110)、多个所述第二开关(212)、多个所述第三开关(318)相连，所述控制器还用于在故障工况下，通过控制第一开关(110)、第二开关(212)、所述第三开关(318)的启闭，调节未发生故障的多个所述母线(100)上的功率分配；

所述控制器还用于在暂态工况下，通过控制第一开关(110)、第二开关(212)、第三开关(318)的启闭，降低具有冲击负荷的所述母线(100)上的功率。

15.根据权利要求14所述的车载供电系统，其特征在于，

所述控制器还与多个所述第一子模块(208)、多个第二子模块(316)连接，所述控制器还用于根据不同的工况，控制多个所述第一子模块(208)、多个第二子模块的功率。

16.根据权利要求1或2所述的车载供电系统，其特征在于，

所述交流子网(20)和所述直流子网(30)这两者中，至少一者为双母线(100)结构。

17.一种磁悬浮列车，其特征在于，包括：

车体；

如权利要求1至16中任一项所述的车载供电系统，设于所述车体上。

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