韦宏星
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 青岛 266580
摘 要：辅助供电系统是高速动车组的重要组成部分之一。为了保证高速动车组能够长时间的正常运行，列车需要稳定、高效的辅助系统为众多辅助设备提供电源。辅助供电系统的优劣，能否正常运行，不仅仅关系到旅客乘坐的舒适性，更直接关系到高速动车组是否能正常行驶。本文对CRH2高度动车组辅助电源系统进行分析，得出该辅助供电系统很好的满足要求。
1 引言
CRH2型动车自引进以来经历过多次改版，最初其技术引进自日本川崎重工业的新干线动车车型，以日本川崎重工业的E2系1000型为基础，动力配置从E2-1000的6M2T变为4M4T[1]。后来由中车青岛四方机车车辆股份有限公司引进技术负责国内生产，并以引进国外技术并吸收的方式逐步国产化。本节研究的CRH2型机车以CRH2-200为例。CRH2全车由8节车组成（4M4T），编组形式见图1.1所示。
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图1.1 CRH2型动车组编组示意图
2 CRH2型动车组辅助供电系统主电路分析
CRH2型动车共有2台辅助电源装置（Auxiliary Power Unit ， APU），分别设置在1号车和8号车，每一台APU向其所在的节车的辅助用电设备提供电源。当一台辅助电源装置发生故障时，可通过另一台辅助电源装置向全列车提供辅助电源。
CRH2的辅助供电系统由牵引变压器辅助绕组、辅助电源装置、蓄电池、辅助及控制用电设备、地面电源等几部分组成。辅助电源装置由辅助电源箱和辅助整流器（ARF）两部分组成。其辅助系统的供电模式时由主牵引变压器抽出一个辅助绕组，将网压变到交流400V，然后从辅助绕组取电，经脉冲整流器整流至850V的中间值流后，再逆变成可控的400V，50HZ的三相交流电提供到辅助电源母线上，原理图见图2.1所示。
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图2.1 CRH2型动车组辅助供电系统原理框图
在CRH2型动车上，其辅助供电系统的供电制式比较复杂，其实按照负载种类的不同来提供不同的电能。其中的单相400V不可控交流直接从牵引变压器的副边辅助绕组上取电，不经过控制直接给空调和换气装置提供电能。因此CRH2的空调装置需要自己配置变流器，否则有可能不能适应大范围的电压波动。而且CRH2的稳压400V电源不是直接对负载供电，而是通过隔离变压器将三相交流电压分别转化为AC200V和AC100V的两个单相交流电输出，其输出的两个电压幅值不相等但功率相等，因此有可能造成三相的不平衡供电[2]。
CRH2型动车的辅助供电系统的运行状态比较简单，由于两台辅助变流器在正常运行时是处于隔离状态分别运行的。虽然辅助变流器的输出都接到400V交流母线上，但是当他们都正常运行时，前后四节车的交流400V母线是通过接触器隔离的，它们各自向自己所在侧的四节车厢分别供电。其辅助变流器的设计容量有冗余，当其中一台的辅助变流器发生故障的时候，可通过接触器将其隔离，然后两车间的隔离交流母线接触器闭合，可以通过一台辅助变流器给全车的辅机满负荷供电。
但是如果当两台牵引变压器中的一台发生了故障，仅使用另一台供电时，空调系统必须功率减半运行，否则就会超过变压器的辅助绕组额定功率。由于空调系统不经过辅助变流器直接接到变压器的辅助抽头处取电，因此辅助变流器的容量可以设计得相对较大，能够有冗余来对全车的负载供电。
3 CRH2型动车组辅助供电系统仿真
CRH2型动车组的辅助变流器主要为一个PWM整流器和一个逆变器串联组成。对于第一个PWM整流器，其主要是将来自牵引变压器副主绕组的交流电源整流到的DC850V，为下一个逆变环节提供稳定的中间值流，是一个典型的供逆变器用的整流电源，而逆变器主要是为通风机，空气压缩机等负载主要为感性负载提供三相交流电。而且由于逆变器还要通过三相变压器输出AC100V和AC200V，因此其要面临三相输出负载不平衡的问题。所以仿真中为了稳定输出，采用了电压平均值作为外环，电流瞬时值作为内环的三相独立波形瞬时值控制方法。
这种控制方法是将反馈的电压先求平均值，然后用反馈电压的平均值和给定电压值进行比较，这样就能得到电压外环对输出电压进行控制。然后将它们的差进行PI调节后作为电流瞬时值的给定，和反馈回来的电流瞬时值进行比较，这样就能得到实际的瞬时电流波形和给定之间的误差。随后将这个误差量进行PI调节后和三角波进行比较从而控制电流的瞬时值的脉动，从而控制电流的正弦[3]。仿真的主电路参数如表3-1所示。
表3-1仿真参数
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仿真模型和采用电压平均值作为内环[4]，瞬时值作为外环的控制器的模型和主电路仿真模型分别如图3.1、图3.2所示。
图3.1 控制器搭建
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图3.2 主电路的仿真模型
负载变为两倍时仿真模型的输出相电压和相电流的波形如图3.3所示
图（a） 突变瞬间电流波形
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图（b） 突变瞬间电压波形
图3.3负载突然变化为两倍时的情况分析图
3 总结
在仿真中可以看出，CRH2型机车辅助变流器用三相独立的波形瞬时值反馈的控制方法在大负载启停过程中能够保持输出为波形稳定的正弦，不产生畸变，而且输出电压的变化也在控制标准以内，能够非常好的适应负载的变化。
参考文献
[1] 张曙光.CRH 2型动车组.中国铁道出版社,2007:279-306
[2] 林渭勋.现代电力电子技术.机械工业出版社，2007
[3] 黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真.国防工业出版社，2009
[4] 苑丰彪,杨君.高速动车组辅助供电系统.机车电传动..2009(1):1-4