动车辅助供电系统
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01
02
动车组 辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
牵引变压器 牵引变流器
牵引变流器直流环节辅助供电模式
CRH5动车组辅助供电系统工作原理示意图
动车组 辅助供电系统
第二节 CRH1动车组辅助供电系统
概述 CRH1动车组以Regina型动车组为原型车，通过公司内部技术转移，由BSP公司在国内制造生产。动车组由8辆车组成，5动3拖，组成3个列车单元，每个列车单元都有其完整的380V交流辅助供电和110V蓄电池供电。编成后结构如图所示。
CRH1设计人员计算了8种不同工况下的供电系统容量。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
673kW
378kVA
82kVAr
491 kW
576 kVA
301 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
2．一个ACM发生故障 当一个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“一个ACM发生故障”模式：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功第一节 辅助供电系统构成与功能
第二节 CRH1动车组辅助供电系统
第三节 CRH2动车组辅助供电系统
第四节 CRH5动车组辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
主要内容
动车组 辅助供电系统
一、概述
第一节 辅助供电系统构成与功能
辅助供电系统具有以下特点 辅助供电系统的供电母线在动车组全列车贯通。 辅助供电系统的负载种类多，需要提供的电源规格多，布线复杂。 辅助变流器向轻量化、小体积发展，近年均采用IGBT元件和高频电力电子技术来提高效率和可靠性。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
103kW
109kVA
36kVAr
50 kW
62 kVA
35 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
牵引其它车并提供其三相电源 当本列车牵引另一列动车组并向其提供电能时，采用“牵引它车并提供其三相电源”模式，其基本情况与 “一个ACM发生故障”模式相同：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。
即使蓄电池完全放电，外接电源也可以启动蓄电池充电功能。
动车组 辅助供电系统
当外接三相电源同车内三相母线连接后，车内辅助逆变器立即断开。外接电源插座的位置为每个基本单元车组中的拖车每侧一个。
01
每一个基本单元车组有两个充电器和两组蓄电池。两个充电器和两组蓄电池都同蓄电池母线相连。充电器和蓄电池设置于动力车（Mc和M）内。
1
l输出电压中谐波的最大含量 10%
2
l频率 50Hz,±1.0%
3
l一个逆变器的最大输出功率
4
147 kW, cos φ = 0,88
5
l总体尺寸 (高/长/深) 350/410/810mm
6
l重量 90kg
7
辅助逆变器的技术指标为：
CRH1动车组辅助供电系统设备与容量
8种不同工况下的供电系统容量
8.外电源供电 当动车组同任一拖车的外部电源插头相连，采用“外电源供电”模式：防寒（除了客室区脚蹬加热器和水箱）、蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷 （不能断开的负荷）、单负载最高负荷时可操作。
04
技术指标
辅助逆变器的任务是输出三相电3×220/380V, 50Hz，并将其供给到列车上所有的交流负载。辅助逆变器的主要负载如下： l列车采暖 l 通风与空调系统 l变流器和变压器的冷却 l蓄电池充电器
动车组 辅助供电系统
l输出电压 3×220/380V,±5%
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
544kW
551kVA
82kVAr
414 kW
482 kVA
247 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
3．至少有两个ACM可用 当两个或者三个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“至少两个ACM可用”模式：七辆车的客室HVAC(除了用于废排风扇的)断开，司机室空调在没有司机的车辆中断开，所有强迫通风的电加热器断开。
CRH1动车组辅助供电系统工作原理图
. 受电弓 . 接地开关 . 主电路断路器 . 电压测量变压器 . 电涌放电器 . 电流互感器 . 线路滤波器 . 主变压器 . 网侧变流器 0.电动机变流器 1.辅助变流器 2.滤波器/变压器 3.外电源切换触点 4.外部三相电源 5.牵引电机 20.电池充电器 21.电池开关 22.电池 23.直流供电触点
45kVAr
158 kW
186 kVA
97 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
5．回送时由外部三相电缆供电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆通过前端的外部供电插头供电时，采用“回送时由外部三相电缆供电”模式：负载为所有的蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷(不能断开的负荷)、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
引进动车组的九大关键技术
牵引控制系统
牵引电机
制动系统
牵引与辅助变流器
牵引变压器
转向架
列车网络控制系统
铝合金、不锈钢车体
动车组系统集成
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统为动车组除牵引动力系统之外的所有用电设备提供电力，是动车组技术的重要组成部分。国内外各型动车组的辅助供电系统各有特色。本讲座详细介绍动车组辅助供电系统的构成、功能、工作原理。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
53kW
63kVA
35kVAr
47 kW
58 kVA
35 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
6．回送时由牵引电机发电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆牵引发电机处于制动状态再生供电时，采用“回送时由牵引电机发电”模式：负载为全部的蓄电池充电器、防寒（除了客室内水箱）、不受控制的负荷（不能断开的负荷）、司机室空调、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
01
交流部分：辅助逆变器、3-相变压器、3-相滤波器、接地故障指示、三相外部电源连接接触器、三相外部电源相序监视逻辑；
02
直流部分：电池充电器、电池、用于电源总线分配的接触器。
03
两条贯穿整列车的公共电源母线：一是辅助逆变器并联供电的公共3相交流母线；另一条是蓄电池充电器并联连接的公共蓄电池电压母线。
动车组 辅助供电系统
牵引变流器直流环节辅助供电模式 CRH1动车组辅助供电系统工作原理示意图
牵引变流器直流环节辅助供电模式
CRH5动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器上的3600VDC中间直流环节电压供电，经过处理后得到三相380VAC，向所有三相负载提供电源，如空调系统、牵引系统通风和空气压缩机等；另外，设置充电机提供直流电源。
01
02
辅助电源系统有三种不同的运行模式
普通运行模式: 普通牵引动工况下，从25千伏电网获取电能。 回送模式: 是指在没有25千伏电网电压时以牵引电机作为发电机，仅提供牵引/制动所需的辅助三相电源和蓄电池充电电源。 外部电源供电模式 ：外部电力连接器
动车组 辅助供电系统
CRH1在动车下分别设置一套辅助电源装置， CRH1动车组辅助供电系统工作原理图。 AC25kV高压电经设置在拖车上的牵引变压器8降压后输入相邻动车牵引变流器的网侧变流器单元（LCM）9 辅助变流器11由网侧变流器单元（LCM）9输出的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车负载设备提供电源。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
247kW
258kVA
76kVAr
226 kW
267 kVA
142 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
4．400V总线上发生短路 在400V总线上发生短路时，控制系统将自动将供电系统转换到“400V总线上发生短路”模式：发生短路车辆的一半负荷将断开（在短路处），车辆另一半负荷的客室HVAC的供电量减少一半。 当短路发生在MC2、TP2 、M2线路时，冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
蓄电池和充电机提供不停电的应急电源。
04
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统的构成
动车组是电力牵引列车，电力均来自AC25KV牵引供电电网，经受电弓进入牵引变压器原边绕组，再由牵引变压器的次级绕组或主变流器的直流环节进入辅助变流器。
01
辅助供电系统为空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统、控制、广播、列车无线等设备提供电源。
02
上述负载要求辅助供电系统具有包括三相AC380V母线、AC220V母线、DC110V母线等输出。
03
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统功能
动车组 辅助供电系统
二、辅助供电系统工作原理
牵引变压器辅助供电绕组供电模式 在这类辅助供电系统中，由牵引变压器的辅助供电绕组提供电源，具有代表性的为CRH2动车组。在CRH2动车组中，辅助供电系统由牵引变压器3次绕组的AC400V提供电源，AC25kV的高压电输入牵引变压器，经过降压变成AC400V，再输入辅助电源装置，经过处理后，从辅助电源装置输出4路交流和1路直流电源，为列车的各设备供电。
02
蓄电池充电器将辅助电源三相电压转化为110V DC电压。蓄电池电压通过110V DC母线传输，母线同充电器和蓄电池相连，避免产生环流，在蓄电池与母线连线上设有一个功率二极管，从而避免通过母线向其充电。
03
动车组 辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
车端连接器
CRH1端外部电力连接器 每个前端车有一个125A (IEC) 的插头
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
304kW
310kVA
59kVAr
240 kW
279 kVA
142 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
193kW
198kVA
辅助供电系统的结构根据负载需要的电源规模来决定，动车组的辅助供电系统一般由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。
01
辅助供电系统采用干线供电方式，为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。
02
辅助变流器由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器和控制单元组成，一般和牵引变流器安装在一个机箱中。
03
在每一个动车上设有一个辅助逆变器和滤波装置。
辅助逆变器输出通过隔离变压器和接触器同列车三相供电母线相连接。
辅助供电系统的故障状态和冗余措施的控制可以通过列车控制管理系统（TCMS）进行监视和控制。
列车过分相的短暂过程中，辅助系统可不断电维持正常运行(此时牵引电机做再生制动维持系统中间电压)。
辅助系统外接供电时采用3×380V, 50Hz地面电源。
动车组 辅助供电系统
CRH2动车组辅助供电系统工作原理示意图
牵引变压器辅助供电绕组供电模式
动车组 辅助供电系统
牵引变流器直流环节辅助供电模式 在这类辅助供电系统中，由牵引变流器直流环节提供电源，具有代表性的有CRH1动车组、 CRH5动车组。
CRH1动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车的各设备供电。
动车组 辅助供电系统
车侧边外部电力连接器(8个连接器设计适用所有125A输入 ) 每辆TP车的两侧有一个KC20的插座、 每辆TB车的两侧有两个KC20的插座。
MC1 TP1 M1 M3 TB M2 TP2 MC2
连接器
辅助电源系统的框图如图所示，其核心是静止变流装置，主要的功能单元有：
02
动车组 辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
牵引变压器 牵引变流器
牵引变流器直流环节辅助供电模式
CRH5动车组辅助供电系统工作原理示意图
动车组 辅助供电系统
第二节 CRH1动车组辅助供电系统
概述 CRH1动车组以Regina型动车组为原型车，通过公司内部技术转移，由BSP公司在国内制造生产。动车组由8辆车组成，5动3拖，组成3个列车单元，每个列车单元都有其完整的380V交流辅助供电和110V蓄电池供电。编成后结构如图所示。
CRH1设计人员计算了8种不同工况下的供电系统容量。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
673kW
378kVA
82kVAr
491 kW
576 kVA
301 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
2．一个ACM发生故障 当一个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“一个ACM发生故障”模式：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功第一节 辅助供电系统构成与功能
第二节 CRH1动车组辅助供电系统
第三节 CRH2动车组辅助供电系统
第四节 CRH5动车组辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
主要内容
动车组 辅助供电系统
一、概述
第一节 辅助供电系统构成与功能
辅助供电系统具有以下特点 辅助供电系统的供电母线在动车组全列车贯通。 辅助供电系统的负载种类多，需要提供的电源规格多，布线复杂。 辅助变流器向轻量化、小体积发展，近年均采用IGBT元件和高频电力电子技术来提高效率和可靠性。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
103kW
109kVA
36kVAr
50 kW
62 kVA
35 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
牵引其它车并提供其三相电源 当本列车牵引另一列动车组并向其提供电能时，采用“牵引它车并提供其三相电源”模式，其基本情况与 “一个ACM发生故障”模式相同：一般负载正常工作，5辆车客室的空调HVAC功率减小一半，其余三辆车客室的空调HVAC循环交替的全功率工作。
即使蓄电池完全放电，外接电源也可以启动蓄电池充电功能。
动车组 辅助供电系统
当外接三相电源同车内三相母线连接后，车内辅助逆变器立即断开。外接电源插座的位置为每个基本单元车组中的拖车每侧一个。
01
每一个基本单元车组有两个充电器和两组蓄电池。两个充电器和两组蓄电池都同蓄电池母线相连。充电器和蓄电池设置于动力车（Mc和M）内。
1
l输出电压中谐波的最大含量 10%
2
l频率 50Hz,±1.0%
3
l一个逆变器的最大输出功率
4
147 kW, cos φ = 0,88
5
l总体尺寸 (高/长/深) 350/410/810mm
6
l重量 90kg
7
辅助逆变器的技术指标为：
CRH1动车组辅助供电系统设备与容量
8种不同工况下的供电系统容量
8.外电源供电 当动车组同任一拖车的外部电源插头相连，采用“外电源供电”模式：防寒（除了客室区脚蹬加热器和水箱）、蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷 （不能断开的负荷）、单负载最高负荷时可操作。
04
技术指标
辅助逆变器的任务是输出三相电3×220/380V, 50Hz，并将其供给到列车上所有的交流负载。辅助逆变器的主要负载如下： l列车采暖 l 通风与空调系统 l变流器和变压器的冷却 l蓄电池充电器
动车组 辅助供电系统
l输出电压 3×220/380V,±5%
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
544kW
551kVA
82kVAr
414 kW
482 kVA
247 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
3．至少有两个ACM可用 当两个或者三个ACM发生故障时，控制系统将自动将供电系统转换到“至少两个ACM可用”模式：七辆车的客室HVAC(除了用于废排风扇的)断开，司机室空调在没有司机的车辆中断开，所有强迫通风的电加热器断开。
CRH1动车组辅助供电系统工作原理图
. 受电弓 . 接地开关 . 主电路断路器 . 电压测量变压器 . 电涌放电器 . 电流互感器 . 线路滤波器 . 主变压器 . 网侧变流器 0.电动机变流器 1.辅助变流器 2.滤波器/变压器 3.外电源切换触点 4.外部三相电源 5.牵引电机 20.电池充电器 21.电池开关 22.电池 23.直流供电触点
45kVAr
158 kW
186 kVA
97 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
5．回送时由外部三相电缆供电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆通过前端的外部供电插头供电时，采用“回送时由外部三相电缆供电”模式：负载为所有的蓄电池充电器（限电）、不受控制的负荷(不能断开的负荷)、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
引进动车组的九大关键技术
牵引控制系统
牵引电机
制动系统
牵引与辅助变流器
牵引变压器
转向架
列车网络控制系统
铝合金、不锈钢车体
动车组系统集成
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统为动车组除牵引动力系统之外的所有用电设备提供电力，是动车组技术的重要组成部分。国内外各型动车组的辅助供电系统各有特色。本讲座详细介绍动车组辅助供电系统的构成、功能、工作原理。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
53kW
63kVA
35kVAr
47 kW
58 kVA
35 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
6．回送时由牵引电机发电 当列车处于回送状态（无受电弓），由车辆牵引发电机处于制动状态再生供电时，采用“回送时由牵引电机发电”模式：负载为全部的蓄电池充电器、防寒（除了客室内水箱）、不受控制的负荷（不能断开的负荷）、司机室空调、一个空气压缩机。 这种情况下的冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
01
交流部分：辅助逆变器、3-相变压器、3-相滤波器、接地故障指示、三相外部电源连接接触器、三相外部电源相序监视逻辑；
02
直流部分：电池充电器、电池、用于电源总线分配的接触器。
03
两条贯穿整列车的公共电源母线：一是辅助逆变器并联供电的公共3相交流母线；另一条是蓄电池充电器并联连接的公共蓄电池电压母线。
动车组 辅助供电系统
牵引变流器直流环节辅助供电模式 CRH1动车组辅助供电系统工作原理示意图
牵引变流器直流环节辅助供电模式
CRH5动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器上的3600VDC中间直流环节电压供电，经过处理后得到三相380VAC，向所有三相负载提供电源，如空调系统、牵引系统通风和空气压缩机等；另外，设置充电机提供直流电源。
01
02
辅助电源系统有三种不同的运行模式
普通运行模式: 普通牵引动工况下，从25千伏电网获取电能。 回送模式: 是指在没有25千伏电网电压时以牵引电机作为发电机，仅提供牵引/制动所需的辅助三相电源和蓄电池充电电源。 外部电源供电模式 ：外部电力连接器
动车组 辅助供电系统
CRH1在动车下分别设置一套辅助电源装置， CRH1动车组辅助供电系统工作原理图。 AC25kV高压电经设置在拖车上的牵引变压器8降压后输入相邻动车牵引变流器的网侧变流器单元（LCM）9 辅助变流器11由网侧变流器单元（LCM）9输出的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车负载设备提供电源。
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
247kW
258kVA
76kVAr
226 kW
267 kVA
142 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量。
4．400V总线上发生短路 在400V总线上发生短路时，控制系统将自动将供电系统转换到“400V总线上发生短路”模式：发生短路车辆的一半负荷将断开（在短路处），车辆另一半负荷的客室HVAC的供电量减少一半。 当短路发生在MC2、TP2 、M2线路时，冬季和夏季的用电需要功率、视在功率和无功功率列于下表。
蓄电池和充电机提供不停电的应急电源。
04
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统的构成
动车组是电力牵引列车，电力均来自AC25KV牵引供电电网，经受电弓进入牵引变压器原边绕组，再由牵引变压器的次级绕组或主变流器的直流环节进入辅助变流器。
01
辅助供电系统为空气压缩机、冷却通风机、油泵/水泵电机、空气调节系统、采暖、照明、旅客信息系统、控制、广播、列车无线等设备提供电源。
02
上述负载要求辅助供电系统具有包括三相AC380V母线、AC220V母线、DC110V母线等输出。
03
动车组 辅助供电系统
辅助供电系统功能
动车组 辅助供电系统
二、辅助供电系统工作原理
牵引变压器辅助供电绕组供电模式 在这类辅助供电系统中，由牵引变压器的辅助供电绕组提供电源，具有代表性的为CRH2动车组。在CRH2动车组中，辅助供电系统由牵引变压器3次绕组的AC400V提供电源，AC25kV的高压电输入牵引变压器，经过降压变成AC400V，再输入辅助电源装置，经过处理后，从辅助电源装置输出4路交流和1路直流电源，为列车的各设备供电。
02
蓄电池充电器将辅助电源三相电压转化为110V DC电压。蓄电池电压通过110V DC母线传输，母线同充电器和蓄电池相连，避免产生环流，在蓄电池与母线连线上设有一个功率二极管，从而避免通过母线向其充电。
03
动车组 辅助供电系统
动车组 辅助供电系统
车端连接器
CRH1端外部电力连接器 每个前端车有一个125A (IEC) 的插头
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
304kW
310kVA
59kVAr
240 kW
279 kVA
142 kVAr
8种不同工况下的供电系统容量
冬季负荷
夏季负荷
需要功率
视在功率
无功功率
需要功率
视在功率
无功功率
193kW
198kVA
辅助供电系统的结构根据负载需要的电源规模来决定，动车组的辅助供电系统一般由辅助变流器、蓄电池、充电机等组成。
01
辅助供电系统采用干线供电方式，为动车组上除牵引动力系统之外的所有用电设备供电。
02
辅助变流器由输入滤波器、斩波器、逆变器、输出滤波器和控制单元组成，一般和牵引变流器安装在一个机箱中。
03
在每一个动车上设有一个辅助逆变器和滤波装置。
辅助逆变器输出通过隔离变压器和接触器同列车三相供电母线相连接。
辅助供电系统的故障状态和冗余措施的控制可以通过列车控制管理系统（TCMS）进行监视和控制。
列车过分相的短暂过程中，辅助系统可不断电维持正常运行(此时牵引电机做再生制动维持系统中间电压)。
辅助系统外接供电时采用3×380V, 50Hz地面电源。
动车组 辅助供电系统
CRH2动车组辅助供电系统工作原理示意图
牵引变压器辅助供电绕组供电模式
动车组 辅助供电系统
牵引变流器直流环节辅助供电模式 在这类辅助供电系统中，由牵引变流器直流环节提供电源，具有代表性的有CRH1动车组、 CRH5动车组。
CRH1动车组 AC25kV高压电经牵引变压器降压后输入牵引变流器，辅助供电系统由牵引变流器的直流环节1650VDC电压供电，经过处理后得到三相380VAC和110VDC两路电源，为列车的各设备供电。
动车组 辅助供电系统
车侧边外部电力连接器(8个连接器设计适用所有125A输入 ) 每辆TP车的两侧有一个KC20的插座、 每辆TB车的两侧有两个KC20的插座。
MC1 TP1 M1 M3 TB M2 TP2 MC2
连接器
辅助电源系统的框图如图所示，其核心是静止变流装置，主要的功能单元有：