專利名稱：一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機車車輛交流負載供電系統(tǒng)，尤其是涉及一種應(yīng)用于機車車輛和城市軌道交通車輛的車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于包括電力機車、動車組、客車及地鐵在內(nèi)的機車車輛和城市軌道交通車輛領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，輔助逆變電源在電力機車、動車組、客車及地鐵等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。輔助逆變電源在機車車輛中主要為交流負載供電，其可靠性必須得到有效保證。目前，對于車輛中輔助逆變電源故障導向處理，主要采取全冗余配置電源或部分冗余配置電源方式。每路電源的輸出是獨立的，正常時，各路電源分別供給各自的負載；當一路電源故障時，此電源所負責的全部負載或部分重要負載將通過故障轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)由其它工作正常的電源負責供給。這種依賴增大單臺逆變電源的容量和故障切換方法，在一定的程度上提高了系統(tǒng)的冗余性，但也存在單臺電源容量增大帶來的成本提高和切換電路邏輯復雜的局限性。另外，在故障切換處理過程中，故障電源所帶負載會出現(xiàn)短時間斷電現(xiàn)象。 如

圖1現(xiàn)有技術(shù)1所示的輔助逆變電源供電系統(tǒng)，在當某臺逆變電源故障時，正常逆變電源不僅要為本車交流負載供電，同時也要為了故障逆變電源車輛的交流負載供電，這樣必須加大逆變電源的容量才能滿足要求。逆變電源容量的增大勢必增加成本，甚至增加車輛總重量。為了緩解這種矛盾，提高輔助逆變電源的可擴展性和冗余性，逆變電源可采用并聯(lián)供電方式。逆變電源的并聯(lián)運行控制方式一般分為集中控制、主從控制和無聯(lián)信號線獨立控制方案。現(xiàn)有的集中控制方式需要檢測總的負載電流，并通過較高帶寬的信號線把負載電流的的信息傳遞給所有的逆變電源，這嚴重影響了系統(tǒng)的擴容；系統(tǒng)中存在相互連接的信號線，使得系統(tǒng)的可靠性降低；系統(tǒng)不是冗余的，要在電流分配單元的控制下才能實現(xiàn)并聯(lián)運行，一旦電流分配單元損壞，系統(tǒng)將崩潰。采用主從并聯(lián)控制方式，主逆變電源的存在使得它不是一個冗余系統(tǒng)，一旦主逆變電源出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)將會癱瘓；另外，主從逆變電源之間存在電流指令信號線，不宜長距離鋪設(shè)，抗干擾能力差。如圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)2為一篇德國西門子公司于2005年05月13日申請，并于 2007年05月30日公開，公開號為CN1973425A的中國發(fā)明專利申請文獻，電氣機車上并聯(lián)的脈沖寬度調(diào)制整流器的獨立同步涉及一種電氣機車上的三相脈沖寬度調(diào)制整流器的電路，該電路從DC輸入電壓中產(chǎn)生三相輸出電壓用于3AC負載的供電，該電路并聯(lián)多個脈沖寬度調(diào)制整流器，其中，通過以硬件或者軟件方式實現(xiàn)的調(diào)節(jié)或控制結(jié)構(gòu)來實施脈沖寬度調(diào)制整流器與所述輸出電壓和對負載的按比例供電的獨立同步。該供電系統(tǒng)負載直接連接于交流母線上，當交流母線出現(xiàn)接地、短路或其它故障時，因母線故障無法切除，可能導致整個逆變電源并聯(lián)供電系統(tǒng)癱瘓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)各逆變電源獨立運行，在逆變電源系統(tǒng)不能并聯(lián)供電的情況下，逆變電源可繼續(xù)為本車輛負載供電， 可避免因部分逆變電源故障或交流母線故障而導致并聯(lián)供電系統(tǒng)整體故障。本發(fā)明具體提供了一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)的具體實施方式
，一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，包括一組以上的逆變電源和交流負載，逆變電源將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓輸出供給三相交流負載，車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步包括保護開關(guān)一和保護開關(guān)二，保護開關(guān)一連接在逆變電源和交流負載之間，保護開關(guān)二連接在保護開關(guān)一和三相交流母線之間，當保護開關(guān)一閉合，保護開關(guān)二斷開時，交流負載由本車的逆變電源供電；當保護開關(guān)一斷開，保護開關(guān)二閉合時，交流負載由三相交流母線供電；當保護開關(guān)一和保護開關(guān)二均閉合時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步的實施方式，車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)包括車載網(wǎng)絡(luò)模塊，所述每組的逆變電源均包括逆變電源控制模塊，逆變電源控制模塊具有通信裝置，每組逆變電源的逆變電源控制模塊均與車載網(wǎng)絡(luò)模塊相連，從而通過車載網(wǎng)絡(luò)進行信息交換，所述車載網(wǎng)絡(luò)模塊控制各組逆變電源的起動和負載投切。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步的實施方式，當逆變電源滿足工作條件時，車載網(wǎng)絡(luò)模塊指定一臺逆變電源先起動，該逆變電源出現(xiàn)故障時，指定另一臺逆變電源起動，依次類推，先起動的逆變電源輸出電壓并在三相交流母線建立交流電網(wǎng)，各逆變電源檢測到三相交流母線電壓后，通過三相軟件鎖相控制模塊，自動實現(xiàn)各組逆變電源與三相交流母線的同步輸出。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步的實施方式，逆變電源的臺數(shù)為N+X臺，N為能夠滿足交流負載用總電量的逆變電源臺數(shù)，X為冗余備份逆變電源的臺數(shù)， 在逆變電源起動并聯(lián)運行后，車載網(wǎng)絡(luò)模塊投入相應(yīng)容量的交流負載；在部分逆變電源出現(xiàn)故障時，車載網(wǎng)絡(luò)模塊切除部分負載，重新對各車輛的交流負載進行配置。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步的實施方式，當車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進入并聯(lián)工作模式時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電，逆變電源控制模塊進行并聯(lián)控制，通過并聯(lián)控制使多個逆變電源并聯(lián)工作時在任何交流負載條件下和工作過程中，保證并聯(lián)系統(tǒng)中的各個逆變電源均分負載，即各逆變電源的輸出電流盡可能相同。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進一步的實施方式，逆變電源控制模塊通過對逆變電源輸出電壓頻率和幅值下垂進行控制來實現(xiàn)交流負載有功功率以及無功功率的均分，從而實現(xiàn)交流負載電流的均分。通過實施本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)具體實施方式
所描述的技術(shù)方案，采用無互連信號線并聯(lián)控制技術(shù)，各控制系統(tǒng)同步控制獨立，抗干擾性強，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。輔助逆變電源輸出并聯(lián)運行，可集中各逆變電源的多余容量，為故障電源的帶負載供電，降低總體裝車逆變電源容量?？山鉀Q因交流并聯(lián)母線故障帶來的輔助逆變電源系統(tǒng)整體故障。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有技術(shù)1所描述的車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)2所描述的車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖3是本發(fā)明車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)一種具體實施方式
處于并聯(lián)工作模式時的結(jié)構(gòu)原理示意圖4是本發(fā)明車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)一種具體實施方式
處于獨立工作模式時的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。作為本發(fā)明一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)的具體實施方式
，如圖3和圖4所示， 輔助逆變電源供電系統(tǒng)包括若干臺逆變電源、車載網(wǎng)絡(luò)，以及并聯(lián)三相交流母線。圖3和圖4所描述的具體實施方式
示出了三臺逆變電源對三臺交流負載進行供電的技術(shù)方案。其中，三臺逆變電源分別是逆變電源101，102和103，三臺交流負載分別是交流負載301，302 和303。車載網(wǎng)絡(luò)包括車載網(wǎng)絡(luò)模塊200和相應(yīng)的通信線路。其中，圖中的標號3代表接觸器。逆變電源是將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓輸出的裝置。各逆變電源容量和主電路拓撲結(jié)構(gòu)相同。其中，每臺逆變電源均包括逆變電源控制模塊，各控制模塊相互獨立。 逆變電源控制模塊具有通信裝置，每組逆變電源的逆變電源控制模塊均與車載網(wǎng)絡(luò)模塊相連，從而通過車載網(wǎng)絡(luò)進行信息交換，車載網(wǎng)絡(luò)模塊控制各組逆變電源的起動和負載投切。 逆變電源具有通信功能，車載網(wǎng)絡(luò)由通信口對輔助供電系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)管理，控制逆變電源的起動時序及工作方式。逆變電源的臺數(shù)可設(shè)置為N+X臺，N為能夠滿足交流負載用總電量的逆變電源臺數(shù)，X為冗余備份逆變電源的臺數(shù)，在逆變電源起動并聯(lián)運行后，車載網(wǎng)絡(luò)模塊投入相應(yīng)容量的交流負載；在部分逆變電源出現(xiàn)故障時，車載網(wǎng)絡(luò)模塊切除部分負載，重新對各車輛的交流負載進行配置。多臺逆變電源并聯(lián)輸出向負載供電，可以帶來很多好處， 如提高系統(tǒng)的可靠性。具體而言，當N臺逆變電源的容量之和可以滿足負載用電量時，實際使用N+1臺逆變電源并聯(lián)工作，那么其中一臺逆變電源發(fā)生故障、被切除過程中和切除后， 其余的N臺仍能保證向負載不間斷地可靠供電。為了實現(xiàn)多臺逆變電源并聯(lián)工作，逆變電源控制模塊除了逆變控制功能之外，還必須具有并聯(lián)控制功能。并聯(lián)控制的目的是使多個逆變電源并聯(lián)工作時在任何負載條件下和工作過程中保證并聯(lián)系統(tǒng)中的各個逆變電源均分負載，即各逆變電源的輸出電流盡可能相同。各逆變電源均流控制由各逆變電源內(nèi)部的逆變電源控制模塊實現(xiàn)，無需外部網(wǎng)絡(luò)的干預。
各逆變電源控制模塊具有通信功能，與車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行信息交換。車載網(wǎng)絡(luò)控制各逆變電源的起動和負載投切，不參與逆變電源的并聯(lián)控制及各逆變電源之間的數(shù)據(jù)交換。當輔助逆變電源滿足工作條件時，車載網(wǎng)絡(luò)可指定一臺逆變電源先起動(該電源故障時，可指定另一臺，依次類推)，先起動的電源輸出電壓并在母線建立三相交流電網(wǎng)，各逆變電源的同步控制信號經(jīng)過采樣檢測到三相交流母線電壓后，利用三相軟件鎖相控制，自動實現(xiàn)各逆變電源與交流母線的同步輸出。各逆變電源的控制模塊獨立，各電源之間不需互聯(lián)的控制信號線，通過輸出電壓的頻率、幅值下垂控制來實現(xiàn)負載有功功率及無功功率的均分，從而實現(xiàn)負載電流的均分。待逆變電源起動并聯(lián)運行后，車載網(wǎng)絡(luò)投入相應(yīng)容量的負載；在部分逆變電源故障的情況下，網(wǎng)絡(luò)可切除部分負載，重新對各車輛負載進行配置。本發(fā)明具體實施方式
所描述的技術(shù)方案通過采用無互連信號線并聯(lián)控制技術(shù)，各控制系統(tǒng)同步控制獨立，抗干擾性強，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。在具體實施方式
當中，逆變電源的工作模式有兩種，獨立工作模式和并聯(lián)工作模式。逆變電源工作方式可由人工或車載網(wǎng)絡(luò)控制保護開關(guān)一和保護開關(guān)二的通斷進行選擇，逆變電源既可輸出獨立運行，又可輸出并聯(lián)運行。輔助逆變電源輸出并聯(lián)運行，可集中各逆變電源的多余容量，為故障電源的帶負載供電，降低總體裝車逆變電源容量。圖中，輔助逆變電源供電系統(tǒng)共包括三組保護開關(guān)一和保護開關(guān)二，逆變電源輸出通過保護開關(guān)一接交流負載，再經(jīng)過保護開關(guān)二后連接于交流母線。其中，對應(yīng)于逆變電源101和交流負載301的是保護開關(guān)一 Sll和保護開關(guān)二 S21 ；對應(yīng)于逆變電源102和交流負載302的是保護開關(guān)一 S12和保護開關(guān)二 S22 ；對應(yīng)于逆變電源103和交流負載303的是保護開關(guān)一 S13和保護開關(guān)二 S23。保護開關(guān)一連接在逆變電源和交流負載之間，保護開關(guān)二連接在保護開關(guān)一和三相交流母線之間，當保護開關(guān)一閉合，保護開關(guān)二斷開時，交流負載由本車的逆變電源供電；當保護開關(guān)一斷開，保護開關(guān)二閉合時，交流負載由三相交流母線供電；當保護開關(guān)一和保護開關(guān)二均閉合時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電。逆變電源輸出經(jīng)保護開關(guān)一后，直接為本車的交流負載供電；同時，逆變電源輸出經(jīng)保護開關(guān)二后，并聯(lián)于三相交流母線，可通過交流母線為其它逆變電源故障車輛的交流負載供電。因為保護開關(guān)二的設(shè)置，可解決因交流并聯(lián)母線故障帶來的輔助逆變電源系統(tǒng)整體故障。采用本方案的輔助逆變電源供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點
(1)逆變電源結(jié)構(gòu)相同，互換性好；
(2)逆變電源起動命令由車載網(wǎng)絡(luò)控制，避免了無主從逆變電源并聯(lián)的起動競爭問題； 同時，車輛網(wǎng)絡(luò)對負載的投切進行有效管理，可減小負載突投對輔助逆變電源供電系統(tǒng)的沖擊；
(3 )各逆變電源輸出并聯(lián)于交流母線，相當于構(gòu)成一個大容量的逆變電源，輔助逆變電源供電系統(tǒng)的抗負載突投沖擊能力得到提高；
(4)能減小輔助逆變電源系統(tǒng)的總體裝車容量，以圖1和圖3系統(tǒng)為例，總體裝車容量由 240kVA 下降為 180kVA ；
(5)可取消各并聯(lián)逆變電源之間的信息交換連線，避免信息交換線的干擾；
(6)可以構(gòu)成N+X冗余輔助逆變電源供電系統(tǒng)；
(7)并聯(lián)控制無需網(wǎng)絡(luò)交換信息，系統(tǒng)控制實時性好，動態(tài)均流性能好；(8)通過方式選擇，保護開關(guān)1閉合，保護開關(guān)2斷開，逆變電源單臺獨立輸出；保護開關(guān)1、2均閉合，可實現(xiàn)各逆變電源輸出并聯(lián)運行；
(9)保護開關(guān)2的斷開，逆變電源可實現(xiàn)獨立運行，可防止因部分逆變電源故障無法并聯(lián)運行或交流母線故障而導致系統(tǒng)的癱瘓。本發(fā)明具體實施方式
所描述的車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)不但能應(yīng)用于機車車輛車載輔助逆變電源供電，還能應(yīng)用于地鐵、城軌、輕軌和磁懸浮列車等城市軌道交通列車系統(tǒng)以及其他類似的電力系統(tǒng)。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，包括一組以上的逆變電源和交流負載，逆變電源將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓輸出供給三相交流負載，其特征在于進一步包括保護開關(guān)一和保護開關(guān)二，保護開關(guān)一連接在逆變電源和交流負載之間，保護開關(guān)二連接在保護開關(guān)一和三相交流母線之間，當保護開關(guān)一閉合，保護開關(guān)二斷開時，交流負載由本車的逆變電源供電；當保護開關(guān)一斷開，保護開關(guān)二閉合時，交流負載由三相交流母線供電； 當保護開關(guān)一和保護開關(guān)二均閉合時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，其特征在于所述車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)包括車載網(wǎng)絡(luò)模塊，所述每組的逆變電源均包括逆變電源控制模塊， 逆變電源控制模塊具有通信裝置，每組逆變電源的逆變電源控制模塊均與車載網(wǎng)絡(luò)模塊相連，從而通過車載網(wǎng)絡(luò)進行信息交換，所述車載網(wǎng)絡(luò)模塊控制各組逆變電源的起動和負載投切。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，其特征在于當逆變電源滿足工作條件時，車載網(wǎng)絡(luò)模塊指定一臺逆變電源先起動，該逆變電源出現(xiàn)故障時，指定另一臺逆變電源起動，依次類推，先起動的逆變電源輸出電壓并在三相交流母線建立交流電網(wǎng)，各逆變電源檢測到三相交流母線電壓后，通過三相軟件鎖相控制模塊，自動實現(xiàn)各組逆變電源與三相交流母線的同步輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，其特征在于所述逆變電源的臺數(shù)為N+X臺，N為能夠滿足交流負載用總電量的逆變電源臺數(shù)， X為冗余備份逆變電源的臺數(shù)，在逆變電源起動并聯(lián)運行后，車載網(wǎng)絡(luò)模塊投入相應(yīng)容量的交流負載；在部分逆變電源出現(xiàn)故障時，車載網(wǎng)絡(luò)模塊切除部分負載，重新對各車輛的交流負載進行配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，其特征在于當車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)進入并聯(lián)工作模式時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電，所述逆變電源控制模塊進行并聯(lián)控制，通過并聯(lián)控制使多個逆變電源并聯(lián)工作時在任何交流負載條件下和工作過程中，保證并聯(lián)系統(tǒng)中的各個逆變電源均分負載，即各逆變電源的輸出電流盡可能相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，其特征在于所述逆變電源控制模塊通過對逆變電源輸出電壓頻率和幅值下垂進行控制來實現(xiàn)交流負載有功功率以及無功功率的均分，從而實現(xiàn)交流負載電流的均分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載輔助逆變電源供電系統(tǒng)，包括一組以上的逆變電源和交流負載，逆變電源將輸入直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓輸出供給交流負載，還進一步包括保護開關(guān)一和保護開關(guān)二，保護開關(guān)一連接在逆變電源和交流負載之間，保護開關(guān)二連接在保護開關(guān)一和三相交流母線之間，當保護開關(guān)一閉合，保護開關(guān)二斷開時，交流負載由本車的逆變電源供電；當保護開關(guān)一斷開，保護開關(guān)二閉合時，交流負載由三相交流母線供電；當保護開關(guān)一和保護開關(guān)二均閉合時，全列車的逆變電源對交流負載進行并聯(lián)供電。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)各逆變電源獨立運行，在不能并聯(lián)供電時，逆變電源可繼續(xù)為本車負載供電，可避免部分逆變電源或交流母線故障導致并聯(lián)供電系統(tǒng)整體癱瘓。
文檔編號H02J9/04GK102170169SQ20111007808
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者吳強, 彭方正, 李云, 王佳佳, 羅國永, 陳藝峰, 高路路 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司