中车唐山机车车辆有限公司 河北唐山 064000
摘要：近年来，我国经济水平的快速发展，同时也推动我国铁路行业的发展。文章主要是分析了高速动车组辅助供电系统的主要结构，在此基础上分析了我国铁路上4种高速动车组辅助供电的系统，最后讲解了今后我国列车辅助供电系统的电压标准的建议以及辅助供电系统标准结构的全新思路。
关键词：高速动车组；辅助供电系统；逆变器；整流器
1高速动车组辅助供电系统综述
高速动车组的辅助供电系统主要包括2部分:交流供电系统和直流供电系统。交流供电系统主要指从牵引变压器辅助绕或牵引回路直流环节获取电能开始，到各种制式交流电压输出为止的部分。交流供电系统的任务是输出交流电压，为交流母提供电源，以及为交流负载供电。目前，高速动车组的交流供电系统主要有两种形式:交直交型与直交型。交直交型交流供电系统一般由4部分组成:牵引变压器辅助绕组、辅助整流器、中间直流环节以及辅助逆变器。该供电系统由牵引变压器的辅助绕组提供电源，经过辅助整流器和辅助逆变器的变换，最终输出三相交流电压，供给各交流负载使用。与交型交流供电系统相比，直交型交流供电系统则从机车牵引回路的直流环节取电，经过辅助逆变器实现从直流到交流的变换，最终输出交流电压。一般来说，牵引回路的直流环节电压都较高，直接用该直流电压进行逆变则无法避免因逆变器占空比过低所带来的输出电压正弦度过低的问题。因此，为了保证输出的交流电压值(大约为400V)与输出电压的正弦度，在直交型电路中必须有降压环节。两者的区别在于前一种结构先经过辅助逆变器完成从直流到交流的转变，后经过辅助变压器降压;而后一种结构先通过降压斩波器降压，后经过辅助逆变器实现交流电的输出。
2高速动车组辅助供电系统
2.1CRH1辅助供电系统
CRH1高速动车组由青岛四方、庞巴迪、鲍尔铁路运输设备有限公司(BSP)生产，2007年投入正式运营，它的原型车是庞巴迪公司为瑞典AB提供的Regina。一列CRH1高速动车组由8节车组成(5M3T)，共有3个列车单元。受电弓位于Tp1和Tp2车。CRH1高速动车组的每个列车单元都有一个完整的辅助供电系统，其辅助交流供电系统采用直交的形式。主要负载包括:列车采暖设备、空调、通风系统、主变流器和牵引变压器的冷却风机、蓄电池充电机、照明系统、控制用电源系统和旅客信息及广播系统等。在每一节动车下均设有一个辅助电源装置，主要包括一个额定容量为144kVA的辅助逆变器单元(ACM)、隔离变压器、蓄电池充电机以及蓄电池等。在启动过程中，辅助供电系统的负载必须按一定顺序启动，以降低系统担负的启动电流。中，25kV交流高压电经位于T车内的牵引变压器降压后输入位于M车内的网侧变流器单元(LCM)。LCM的直流环节(1650V)与辅助逆变器单元(ACM)的输入侧连接。ACM输出的400V/50Hz三相交流电经过输出滤波器滤除谐波后，通过隔离变压器和接触器给列车三相交流母线供电。蓄电池充电机与交流母线连接，交流电经充电机整流后变为110V直流电压，一路供给直流母线，另一路接蓄电池。同时，三相400V交流母线和110V直流母线两路电源也为列车内的各种用电设备供电。ACM是整个辅助供电系统的核心，包括一个三相两电平IGBT逆变器、LC输出滤波器、门驱动单元、电压和电流传感器及控制单元等。ACM采用基于微处理器的控制单元，控制方法是空间矢量调制法。为了在启动和接上较大负载时达到最好的控制效果，ACM采用恒定的压频比控制。辅助电源的三相交流母线电压经过三相半控整流桥、半桥式直直变换器(由半桥逆变器与带变压器中心抽头的半波不控整流电路组成)和LC滤波器，输出110V直流电压。
2.2CRH2辅助供电系统
CRH2高速动车组(包括CRH2-200和CRH2-300)由中国南车集团四方机车车辆股份有限公司生产，2007年投入正式运营，原型车是日本新干线E2-1000。这里以CRH2-200为例。CRH2-200全车由8节车组成(4M4T)，组形式见图6，Mc为动车，Tc为拖车。受电弓位于4号拖车与6号动车。全车共有2台辅助电源装置(APU)，分别设置在1号车和8号车，每一台APU向4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动车组的辅助供电系统主要包括辅助电源装置(APU)、辅助整流器(ARf)和各种用电设备。其中，APU所起的作用相当于辅助交流供电系统。APU采用交直交的形式，从牵引变压器的辅助绕取电，依次经过输入变压器、辅助整流器和PWM逆变器，向列车交流母线供电。APU是CRH2辅助供电系统的核心。APU主要由输入整流器、输入滤波器、辅助整流器、中间直流环节、PWM逆变器、输出滤波器、输出接触器以及一些单相变压器构成，完成输出各种制式交流电压的任务。单个APU的功率可达227kVA。单相400V不稳定电源系统直接从牵引变压器的辅助绕组取电，给空调装置、换气通风装置等负载供电。单相100V不稳定电源系统也从牵引变压器的辅助绕组取电，通过输入变压器与辅助变压器降压，给热水器的加热器等容许电压变动的设备供电。同时，辅助绕组输出的单相400V交流电供给APU进行整流，经过APU的输入滤波器、整流器、中间直流环节、三相PWM逆变器以及输出滤波器，得到稳定的400V/50Hz三相交流电源系统。该三相交流电源系统还分别通过2个单相变压器输出单相100V稳定电源系统与单相220V稳定电源系统。辅助整流器(ARf)也与三相400V稳定电源系统相连，经过整流得到直流100V稳定电源系统，给车辆的控制电源、车厢照明、蓄电池等设备供电。CRH2的辅助整流器(ARf)电路如图8所示，它主要由变压器和三相不控整流电路组成。变压器原副边分别接成星形和三角形;三相不控整流电路将输入的交流电压变换为直流电压输出。
2.3CRH3辅助供电系统
CRH3高速动车组由中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司生产，原型是德国西门子公司生产的ICE3;2008年投入正式运营。每列CRH3都是8节车组成(4M4T)，受电弓位于02与07车。CRH3的辅助交流供电系统采用直交形式，由牵引回路的直流环节(3000V)给辅助供电系统提供电源。Ec为车头;Tc为变压器车;Ic为中间车;Fc为头等车;Bc为餐车;TRC为牵引变流器;ACU为辅助变流器单元;D-ACU为双辅助变流器单元;BC为蓄电池充电机;Bat为蓄电池。在01，03，06，08车的车下各有一个牵引变流器(TRC)，在02和07车下各有一个额定功率160kVA的辅助变流器单元(ACU)，这两个ACU分别与01和08车的TRC直流环节相连。ACU的结构与CRH1的交流供电系统相似，变流器部分采用PWM调制三相两电平IGBT逆变器。不同的是CRH3用漏感较大的变压器代替了LC滤波器中的电感。
3结语
由上可知，辅助供电系统是高速列车组中重要的组成部分，在其中担任着重要的作用，为此有关人员进行进一步的分析验证来选取到一种符合我国高速铁路的辅助供电系统结构系统，才能方便今后高速动车组的维护。
参考文献
[1]韩天锐.CRH380B高寒动车组辅助供电系统研究[J].郑州铁路职业技术学院学报,2020(1):14-16.
[2]杨华峰,刘昕宇,陆瑶.高速铁路动车组合理配置数量研究[J].铁道运输与经济,2020(4).