机 车 电 传 动 ２０１０年 表２空调装置的优先工作模式 顺序 Ｔ作模式 顺序 一Ｉ：作模式 １ 测试模式 ７ 降低功率模式Ⅱ ２ 通信线路缺失模式 ８ 降低功率模式Ｉ ３ 失火模式 ９ 站台模式 ４ 紧急模式 ｌ０ 常规操作模式 ５ 系统关闭模式 １ １ 停放模式 ６ 隧道模式 １ ２ 维护模式 空调装置工作模式间的不断转换，使空调机组中 的用电设备频繁关闭启动。空调机组中的电动机启动 时会形成一个大约为空调机组额定Ｔ作电流６～７倍 的启动电流。未经控制的启动电流会造成辅助供电系 统的交流供电母线出现短暂的大压降，影响辅助供电 系统正常工作，同时还会对辅助供电系统产生很大的 电流冲击，严重时可能会造成辅助供电系统设备的损 坏。 ２辅助供电系统结构原理 动车组辅助用电设备的用电是南辅助供电系统提 供，辅助供电系统良好的供电性能是动车组辅助用电 设备安全用电的重要保证。 ＣＲＨＩ动车组的辅助电源系统南辅助逆变器、三相 滤波器、三相变压器、驱动控制单冗（ＤＣＵ／Ａ）、－－Ｔ．相分 离接触器、电池充电器等模块组成，如图１所示。 区 甄 刚 二 ｆ Ｉ 图１ 辅助供电系统结构框图 辅助供电系统的各组成结构具有不同的作用原 理。首先，辅助供电系统从网侧变流器接受ＤＣ １ ６５０ Ｖ 的电能，通过辅助变流器（ＡＣＭ．Ａｕｘｉｌｉａｒｙ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）逆变为稳定的ｊ相交流电压。辅助逆变器的 功率元件是ＩＧＢＴ，每个ＩＧＢＴ并联一个续流二极管，每 一相由２个ＩＧＢＴ构成一个ＩＧＢＴ模块，每个ＩＧＢＴ元件配 一个门极驱动单元（ＧＤＵ ｏ而门极驱动单元的控制是 由辅助逆变器模块的驱动单元实现的。 在辅助逆变器的输出端连接ｉ相滤波器以削弱逆 变器的谐波输出。滤波器包括滤波电感和 相滤波电 容（△连接）。除滤波作用外， 相电容还起无功功率 补偿作用，补偿变压器及其他感性负载的无功损失。 一ｌ８一 ｊ三相变压器为△～Ｙ连接，将一次侧的三相交流电 压转换成三相四线ＡＣ ４００ Ｖ ５０ Ｈｚ的二次侧电压，并实 现辅助电源系统和交流用电设备之问的电气隔离。由 于二次侧电压输出为 相四线，还可以为单相交流用 电设备提供零点。 电压互感器将测量的辅助三相供电电压值送给驱 动控制单元（ＤＣＵ／Ａ），保证辅助电源系统输出电压稳 定。当负载变化时，辅助电源系统输出电压瞬间变化 在一定范 内（±１０％），且在限定时问（３００ ｍｓ）以内恢 复其额定值。 三相隔离接触器是一个４极的接触器，用于接通和 分断 相辅助电源（ＡＣＭ）与ｉ相辅助配电系统之问的 三相四线制连接…。 动车组的蓄电池充电模块ＢＣＭ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｈａｒｇｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）是一个静止变流装置，用来向蓄电池充电，并 向直流母线提供电能，为直流负载供电。 动车组采用集中母线供电方式。２条贯穿整列车的 公共电源母线：一条是为辅助逆变器并联供电的公共 ＡＣ ４００ Ｖ ５０ Ｈｚ电压母线；另一条是为蓄电池充电模 块并联供电的公共ＤＣ Ｉｌ０ ｖ电压母线…。 当接触网电压处于正常范 （１７．０～３１．０ ｋＶ），动车 组的每个辅助变流器的设计输出功率为１４０ ｋＶＡ，全车 ５个辅助变流器可同时向动车组供电母线提供总容量 为７００ ｋＶＡ的电能 】。 ３系统仿真分析 ＭＡＴＬＡＢ是常用的电力系统仿真软件，它不但拥 有专业的电力电子仿真模块ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｖｓｔｅｍ，而且可 以根据特定的系统选择不同的仿真算法。使用 ＭＡＴＬＡＢ对动车组辅助供电系统的动态模拟仿真能够 方便、准确地分析动车组辅助供电系统的大负载一一 空调装置在启动时对动车组辅助供电系统的影响。 ３．１系统建模 运用ＭＡＴＬＡＢ中２个重要的模块库Ｓｉｍｕｌｉｎｋ和 ＳｉｍＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ对辅助供电系统的各组成结构进行建 模，使用信号线连接每个模型完成整个系统的仿真模 型如图２所示。ＤＣ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｏｕｒｃｅｓ设置为１ ６５０ Ｖ，作为 系统的网侧直流输入电压源。 ＡＣＭ是辅助电源系统的仿真模型，它由５个Ｃｏｎ． ｖｅｒｔｅｒ单元并联组成。如 ３所示，多相逆变桥为辅助逆 变器的仿真模型，ＬＣ滤波器为 相滤波器，它们与三 相变压器一起共同组成每个Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ单元。 第３期 庞会文，杨美传，罗继华：动车组空调装置启动对辅助供电系统影响分析 ＤＣ １６５０Ｖ 系统是由８个三相异步电机并联构成。模块Ｆａｎ为主变 № Ｌ ｌ ＋ 驱动 ｉ 控制 ｃ 单元 《 ∞ ，Ｉ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ 辅助变流模块ｐｏｗ ｅｒｇｕｉ —流器通风机、牵引电机通风机、牵引变压器通风机等 其他三相负载。每台三相异步电机的仿真模型如图５所 示，通过时间触发器实现负载转矩，输出转速。电网供 川 电母线的电压和电流分别通过Ｄｉｓｐｌａｙ和Ｄｉｓｐｌａｙｌ进行 观测 引 Ｕ ｉ ｕ Ｌ一 ∞ 萎 量 爵 。 ＩｍＤｕ【２ ｍ ＬＩ＿Ｊ【／ Ｕ 。 莘 的 麒 模 型 ｉｓ ａｂｃ Ｍ ）ｉｓｐｌａｙＩ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ ｌ 一１ １ 一一【 一Ｉ 一１ ｌ—Ｉ ｌ — ｌ — Ｉ — Ｉ １． Ｉ ｌ— Ｉ １＝ Ｊ Ｉ二 ｌ Ｆａ Ｌ ｝： ＿＝１ｌ ｌ —— Ｂ Ｃｏｎｎｌ 一 Ｃｏｎｎ４ —④ Ｃｏｎｎ５ 三相变压器 ３ Ｃｏｎｖｅｒｔｅ ｒ １子系统的仿真模型 三相电压和电流测量模块（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）将其测 量得到的电网供电母线的电压传输给驱动控制单元 （ＤＣＵ／Ａ ｏ驱动控制单元采用电压空间矢量控制方式 如图４所示，电压调整模块首先将供电母线电压转换到 旋转坐标系，然后对其进行比例积分调节稳定在４００ Ｖ， 再转换到静止坐标系生成脉宽调制发生模块所需的外 部信号。经过脉宽调制发生模块生成精确的脉宽调制 波 。 Ｖａｂｃ ｉｎｖ Ｖａｂｃ（ｐｕ） ｍ Ｖｄｒｅｆ（ｐｕ） 电压调整模块 图４ 驱动控制单元（ＤＣＵ／Ａ）子系统的仿真模型 整列车客室空调装置的仿真模型如图２所示，其子 ｍ ｍ ｗｍ Ｔｅ № 对动车组车载 空调装置进行同 时启动和顺序启 动的动态仿真，观 测供电母线中的 电压和电流。３．２．１空调装置同 图６ 动车组各空调同时启动时 电网供电母线的电压 参数窗口，选择 网７ 动车组空调同时启动时 ｏｄｅ２３ ｔ算法，将相 电网供电母线的电流 对误差设置为ｌｅ－３，仿真开始时间设置为０秒，停止时 间设置为０．８ Ｓ。 图６和图７为同时启动时三相供电母线的电压和电 流。观测Ｄｉｓｐｌａｙ和Ｄｉｓｐｌａｙ１记录有效电压和电流幅值 如表３ 所示。 表３ 同时启动仿真结果 通过对表３数据进行计算可以得出，同时启动时电压 波珈阳对幅值为－１０．７３％，波动持续时间为１２２ ｍｓ。电压 波动幅值超过了规定值。冲击电流约为稳定工作电流 的６．４６倍。 （下转第２３页） 第３期 刘少克，郭忠君，郑明华，陈贵荣：中低速磁浮列车用混合电磁铁磁场 电磁力分析 隙起浮时还要严重。 气隙下一样严重。 参考文献： ［１］刘慧敏，尹力明．磁浮列车悬浮电磁铁电磁场的有限元分 ３结语 新型混合悬浮电磁铁借助永磁磁场来产生列车悬 浮力，电励磁线圈起辅助悬浮控制作用。本文利用有 限元数值方法，首次对中低速磁悬浮列车用混合悬浮 析［Ｊ ｌ机车电传动，２００４（６）：３２—３４． ［２］刘少克，倪鸿雁，张葵葵．基于数值分析的磁浮列车悬浮电 磁铁电磁场分布研究［Ｊ］．铁道学报，２００７，２９（６）：４０—４３． ［３］刘少克，倪鸿雁，张葵葵．中低速磁浮列车电磁铁滚动情况 下的受力特性研究［Ｊ ｌ城市轨道交通研究，２００７，１０（７）：２２ —电磁铁电磁特性进行了分析计算。论文分析了满载 ８ ｍｍ气隙额定悬浮、满载１８ ｍｍ气隙起浮、满载１０ ｍｍ 悬浮和空载３ ｍｍ气隙防吸死４种典型Ｔ况下悬浮电磁 ２５．３２． 铁的电磁特性。通过计算分析指出，采用混合悬浮电 ［４］张 颖，陈慧星．吴志添，李云钢．电磁永磁混合磁悬浮列 车的磁铁结构优化设计［Ｊ］．机车电传动，２００８（５）：３Ｏ一３２． 磁铁是可行的，其电磁力可满足列车悬浮要求，且在 ［５］李云钢，闷宇壮，程 虎．混合ＥＭＳ型磁浮列车的悬浮磁铁 最小气隙限制条件下，电磁力大小可控。与传统纯电 设计与分析［Ｊ ｌ国防科学技术夫学学报，２００６，２８（５）：９５ 励磁方式相比，在小气隙防吸死Ｔ况下，其漏磁与大 —９８． （上接第ｌ９页） 表５ 动车组各车辆内空调系统顺序启动仿真结果 ３．２．２空调装置顺序启动 ＣＲＨ ｌ的空调装置启动设计为顺序启 动，用电设备通过不同的１ｔ 间激活女ｌ１表４所 示：此外，还要×寸启动功率进行限制，每次 启动负荷不能超过额定功率的限值（例如４０％ｏ 稳定电流的比值（Ｋ ）如表５所示。 表４ 动车组各车辆内空调系统的激活时间表 ｓ 通过计算２组数据可知，随着整列车启动空调装置 的增加，同时启动的冲击电流是在一辆车空调装置的 基础上成倍增加，而顺序启动的冲击电流为已启动装 置的稳定电流加ｆ：一辆车空调装置的冲击电流，这和 设置时间触发器使第ｔ辆车Ｍｃ １的客室空调装置 并联电路的特点是一致的。 在０．４ Ｓ时启动，第２辆车ＴｐＩ的客室空渊装置在０．８ Ｓ时 启动，其余每辆车的客室卒凋装置每隔０．４ Ｓ启动，仿真 ４结论 时间为３．６ Ｓ。其他没 运用ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ可以准确进行动车组 置和同时启动时一 辅助供电系统的仿真，实现动车组空调装置同时启动 致： 。 和顺序启动过程的动态仿真，结果表明动车组车载空 通过观测 Ｊ Ｊ ／ －ｉＬ 调装置按一定规律顺序启动的冲击电流比全载荷同 Ｄｉｓｐｌａｙ，顺序启动时 时启动减小７３．５１％，并且因启动所造成的电网压降比 电网供电母线的最 全载荷同时启动减小９５．２４％，有效降低了空调装置启 大电压波动幅值仅 动对辅助供电系统的影响。囚此，对于辅助供电系统 为一０．５３％，ｌ叟【 ｌ８所 的大容量、多＿『 况的用电设备。必须精心设计启动方 示顺序启动的电网 ６００ 式才能确保辅助供电系统的安伞稳定运行。 供电母线电乐十分 ４００ 稳定。通过观测Ｄｉｓ— ２００ 参考文献： ｐｌａｙ 己录每辆车客 ０ ［１］铁道部运输局．铁路机车司机培训考试中心，随南交通大 室空调装置顺序启 学． 动车组技术 ｊ也用（ＣＲＨ１）［Ｍ］．成都：西南交通大学 ２００ 出版神，２００８：３０ｌ一３２６． 动时电网供电母线 －４００ ２］肖彦君．吴伎杉．城轨列车辅助供电系统的技术要求和电路 中的冲击电流和 ６００ 选型 Ｊ］现代城市轨道交通，２００４（４）． Ｏ 作时稳定电流幅值 ３ ｊ李维波．ＭＡＴＬＡＢ存电气 程中的 用［Ｍ ｌ北京：中周电 如图９所示，经过计 ９ 动车组窄调顺 动时 力出版利 ．２００６：３９８—４ｌ７． ［４］黄忠霖，黄 京．电力电子技术的ＭＡＴＬＡＢ实践［Ｍ］．北 算得到冲击电流和 电网供电母线的电流 求：国防ｒ 业出版衬，２００９：３Ｏ５—３ｌ ２．
