基于矩阵变换器的动车组辅助供电系统

２０ｌ８年 第 ０１期
由
图２直 流 一交 流 辅 助 供 电 系统 结 构
组 ，牵 引变压器的体积减小 。 但也有较明显的缺点 ： （１）由于 中间直流环节 电压较高 ，因此必须增加
工频降压变压器 ，无疑增加了整个系统 的成本 。 （２）构成逆变器或者直流～直流变换器 的器件必
须能够具备耐高压 能力。
摘 要 ： 动 车组 电源 系统 是 运 行 基 础 ，保 障 电源 持 续工 作 ，优 选 基 于 矩 阵 变换 器 的交 流 一直
流 一 交 流 结 构 ，设 计 一 种 新 型 的 辅 助 供 电系 统 。应 用 整 流 侧 采 用ＰＷＭ 控制 技 术 ，逆 变 侧 采 用
ＳＶＰＷＭ调 制 的策 略 ；以ＣＲＨ２型车 为 例 ，结 合ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建 模和 仿真 技 术 ，对 供 电系统
１动 车组辅 助系统 概述
高 速动 车组 列 车 由多个 复杂 的 系统构 成 ，其 中 动车组 牵 引 系统和 辅助 供 电系 统最 为重要 。为 了保 证 列 车 能够长 时 间安全 、可靠地 运 行 ，需要稳 定 的 辅 助供 电系统 为 列车 的空 气压缩 机 、冷 却系统 、空 气 调节 系 统 、照 明系统 、旅 客信 息 系统等 辅助 设备 供 电。
第 ０５卷 第 ｏ１期 ２０１８年 ２月
Ｉ ｄ工ｕｓｔ ｉ业Ｔ塞 譬
ｖ０Ｉ．０５№．０１ Ｆｅｂ．２０１８
基 于 矩 阵变换 器 的动车 组辅助 供 电系统
王 红 红 ， 熊剑 （１．武汉铁路职 业技 术学院 ，湖北武汉 ，４３０２０５； ２．成都 中车电机有 限公 司，四川成都 ，６１００５１）
引 言
随 着经济 的快速 发展 ，我 国高速 动车组 技 术取 得 了举 世 瞩 目的成 就 。动车 组速 度快 、环 境舒 适 ， 已经成 为 了人们 出 行 的首 选 。动 车组 辅助 系统 为动 车组 的辅助 设备 提供 电能 。直接 决定 着列 车能 否安 全 、可 靠 、舒适 运行 。为 了使 动车 组 辅助 系统具 有 更紧 凑 的结 构 、更优 越 的性 能 ，本 文基 于现 有 动车 组 辅助 系统 构成 形 式 的比较研 究 ，提 出 了一 种基 于 矩 阵变 换器 的新 型动 车组 辅助 供 电系统 ，并 对其 进 行了深入研究 。
目前 ，我 国高速 动车 组 列车 的辅助 设备 主要 由 辅 助变 流器 来供 电 ，根据 输入 电压 制 式 的不 同 ，其 主 电路 的结 构形 式 可 以分 为 两种 ：交流 一直 流 ～交 流辅助供 电系统和直流一交流辅助供 电系统［１】。
１．１ 系统类型
１．１．１交流一 直流一 交流辅 助供 电系统
交流 一直 流 一 交流 辅 助 供 电系统 结 构如 图 １所 示 。输入 端 从牵 引变 压器 的辅 助绕 组取 电 ，具有 独
立 的整流 器 ，经过 整流 和逆 变输 出三 相交流 电，为 辅助 设备供 电。输入侧 整流器采 用ＰＷＭ控制技术 ， 一 方面可 以使得 牵引 网网压 因故波 动较大时保证ＤＣ． １ｉｎｋ两端 电压不会有过 大波动 ，另一 方面还能提 高变 压器一次侧 电压 的利用率 ，提高功率 因数。
进 行 验证 。结 果 表 明 ：优 化 后 的系 统结 构更 加 紧 凑 ；三 相 电压 、 电流 输 出 波形 稳 定 ，功率 因数
更 接 近于 １；以额 定功 率 运行 时 ，波 形 无 明显 失 真或 畸 变 。基 于矩 阵变换 器 的 动车组 辅 助 系统 具
有 可 行性 ．能够 保 障列 车 更为 安全 、可靠 、舒适 运 行 。
交流 ～直流 一交流 辅助供 电系统结构相对简单 、 成本较低 、网侧功率 因数和电流谐波均较理想囝。但其 辅助逆变器 中不可缺 少中间回路的支撑 电容 。电容 的 容量和空 间较大 ，增大 了整个 辅助系统的重量 ，更是 降低 了输入 电压的利用率 。
１．３ 系统选型
近年来 ，ＭＣ （Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ，矩阵变换器）进 入了学者 的视线 ，成 为了电力变换器的研究热点 。ＭＣ 是一种新型 的交流 一直流 一交流 电力变换器 ，与传统 的交流 一直流 一交流 电力变换 器相 比：输入 功率 因数 更接近１：无需 中间支撑电容 ，体积更小 ，结构更加紧 凑 ：输 出 电压 、频率都可 以根据负载需要进行调整 ： 能量能够 实现双向流动［３】。这些优点使其可 以替代传统
关 键 词 ： 动 车组 ；辅 助供 电系统 ；矩 阵 变换 器 ；逆 变器 ；整流 器
中 图 分 类 号 ：Ｕ２６６．２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：２０９５．８４１２（２０１８１ Ｏ１．０３９．０５
工 业 技 术 创 新 ｕＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａ．ｉｔｉ．ｃｏｒ ｎ ＤＯＩ：１０．１４１ｏ３１ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５．８４１２．２０１８．０１．０１０
一 、 ｉ
辅助 绕组 整流器
逆 变器
图１交流一直流一交流辅助供 电系统结构
１．１．２ 直流一 交流辅助供 电系统 直流一交流辅助供电系统结构如图２所示。该系统
直接从牵引传动系统 的中间直流环节取 电，再 通过逆 变器将直流 电逆变为三相交流 电，为辅助设备供 电。 直流一交流辅助供 电系统没有独立 的整流器 。但 要先 把牵引传动系统直流侧较高 的电压降下来 ，再逆 变 ； 或者先逆变 ，再把三相交流 电通过 变压器 降压 ，以满 足辅助供 电系统 的电压等级要求。
１．２ 优劣 势分析
通过动车组辅助供 电系统的分析 可以看 出 ，直流 一 交流辅助供电系统具有以下优点 ：
（１）逆变器的输入 端由中间直流 电容供 电，电压 等级较高。
（２）整个牵 引变 压器 中不再 设置ｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ