压逆变器轨道管理论文

【摘要】论文结合国内城市轨道交通集中UPS电源系统的应用现状和专业需求，对集中UPS电源系统设备选择和配置方式进行比较和分析，同时，对系统相关设备容量的计算方法进行阐述。下面是小编整理的《压逆变器轨道管理论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

压逆变器轨道管理论文 篇1：

地铁车辆辅助逆变器工作原理及典型故障阐述

【摘要】随着科技的进步，城轨列车管理工作逐渐涵盖了行车安全、行车状况的实时监控和快速高效的故障排除等工作，使得管理工作变得越来越繁重。城市轨道交通系统建设涉及很多高新技术，如车体制造、转向架、牵引驱动、故障诊断等技术。其中，故障诊断技术是保障地铁安全运行的重要技术之一。其可以预测故障的发生，确定故障的原因，并提出维护建议以避免或减少故障的发生。

【关键词】地铁运行;辅助逆变器;工作原理;典型故障

辅助逆变器是城市轨道列车运行过程中不可缺少的重要电气元件。其主要任务是用于列车控制、客舱照明、空调、通风和其他低压电气设备的低压电源、电压和功率。供电质量和辅助供電系统的可靠性直接影响列车行车的安全和乘客的舒适度。地铁在运营过程中，辅助逆变器如果发生严重故障，则会影响列车正常运行，这是干扰列车正常运行的重要因素之一。详细研究辅助逆变器故障诊断系统对于保障城轨安全具有重要的理论和实践意义。

1逆变器诊断技术研究现状

1.1基于电流的故障诊断技术

针对基于电流的故障的诊断方法通常是利用相应的技术诊断并进行故障排除。首先测量当前电流大小和绕组的尺寸，然后对测量数据进行坐标变换，最后对数据进行处理以进行模式识别。国内外科学家在研究感应电机逆变器故障时，主要采用电流测量方法。比如常见的：简单恒流法、电流矢量路径斜率法、电流矢量轨迹质心法等。

1.2基于电压的故障诊断技术

逆变器的性能直接决定了整个系统是否安全可靠地运行。同时，功率开关器件非常容易损坏，研究人员需要及时关注关注逆变器保护和故障诊断。诊断逆变器故障已成为一个研究问题，因为整个系统中的其他功率设备出现故障，在几毫秒内将立即诊断出逆变器故障并予以纠正。基于电流的诊断方法在系统中使用电流传感器并需要特定的软件算法。诊断时间往往是多个主波周期，容易受到噪声和干扰等因素的影响。基于电压的诊断方法结合逆变器电压模型使用逆变器电压测量来提供有关故障的信息。诊断时间短，负载与控制策略无关，可靠性高。城轨辅助逆变器是电力系统的一部分。主要为空调、通风机、空气压缩机、电暖器、室内照明等辅助交流负载提供稳定的三相380V、50Hz交流电源。城轨运行过程中，辅助逆变器严重故障会直接影响列车正常运行。国内外科学家对异步电动机逆变器故障问题进行了详细研究，且方法较为丰富，但在城轨辅助逆变器方面的研究还比较少。而城铁辅助逆变器是列车供电系统的重要组成部分。如何利用现有逆变器诊断方法创建故障自动检测诊断系统，有效诊断辅助逆变器故障是其难点和今后的研究方向。

2地铁列车辅助逆变器原理及失效分析

2.1辅助逆变器原理

逆变系统组件主要包括充电电路、滤波电抗器、滤波电容器、辅助逆变模块、变压器、三相滤波器、EMI电容器等，是辅助电源系统的核心。滤波扼流圈和滤波电容组成高压输入滤波器，抑制输入电路的谐波，减少输入电路的瞬态现象出现。滤波电容器和滤波电抗器可以减少电路瞬变和谐波对输入电路的影响。它用作高压输入部分的滤波器。

2.2辅助逆变器失效机理

低电流半导体器件故障：逆变器使用大量低电流半导体器件。如果设备出现故障，整体系统性能将下降或系统功能将完全丧失。半导体器件失效的原因之一是器件本身固有的可靠性。半导体器件设计制造技术的不断发展和对可靠性技术的深入研究，大大提高了半导体器件的可靠性。逆变器运行条件、装配条件、系统运行环境等外部因素引起的故障是逆变器半导体器件故障的主要原因。这些外部因素引起的故障主要有除湿、除过压、除静电、除机械过载、除温等。

功率半导体失效。逆变器在具有高电压浪涌的环境中运行。功率半导体器件故障时逆变器故障的主要原因，人们在设计上对器件保护措施缺乏了解会导致功率半导体器件进一步失效。

电容损坏。逆变器内部有一个铝电解电容，具有稳压作用。经验表明，该电容器是最常见的受损组件之一。铝电解电容器的工作介质是通过电化学方法在金属铝表面形成一层致密的氧化铝薄膜，它与内部的金属铝结合形成一个整体，称为阳极。电容器在工作过程中氧化膜被破坏，但在电极开始反应后，它可以自然修复损坏。但是，在一定条件下，如果氧化物破坏速度超过自愈速度，则氧化物会恢复得太慢，导致在标称电压下氧化物被破坏。在极端情况下，电容器可能会发生不可逆转的损坏甚至爆炸。

3结语

综上所述，通过对地铁车辆辅助逆变器原理进行分析以及对其典型故障及失效原理进行阐述，不难看出，当地铁车辆辅助逆变器在出现故障时，地铁车辆的正常运输将受到严重影响。因此，维修人员在进行地铁车辆的日常维护同时也应当关注辅助逆变器等系统组件的工作状况，及时更换老化元器件，避免出现上述问题，从而保证地铁列车正常运行。

【参考文献】

[1]郑超.地铁车辆辅助逆变器故障分析及整改研究[J].设备管理与维修，2019（13）：32-33.

[2]黄昆.地铁车辆辅助逆变器故障问题思考与分析[J].数码设计（上），2019（7）：147.

[3]马姗姗.地铁车辆辅助逆变器故障问题论述与分析[J].数码设计（上），2018（5）：90-91.

作者：熊磊

压逆变器轨道管理论文 篇2：

城市轨道交通集中UPS电源系统设置方案研究

【摘  要】论文结合国内城市轨道交通集中UPS电源系统的应用现状和专业需求，对集中UPS电源系统设备选择和配置方式进行比较和分析，同时，对系统相关设备容量的计算方法进行阐述。

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【关键词】轨道交通;集中UPS;设置方案;蓄电池

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1 引言

不间断电源设备（UPS）作为城市轨道交通设备系统的重要组成部分，可以持续进行高质量供电。集中UPS电源系统具有过载能力强、设备布置集中、占地面积小、利于运营管理和节能降耗、综合投资和维护成本低、技术优势显著等优点，被城市轨道交通广泛应用并已成为UPS电源系统的重要发展方向。论文对城市轨道交通集中UPS电源系统的设计方案和应用进行分析和总结。

2 UPS配置类型

UPS由整流器、逆变器、转换开关、储能装置及控制系统组成，UPS配置主要有以下三种类型[1]。

2.1 双变换（在线式）UPS

逆变器持续处在工作状态，正常状态下由整流器/逆变器给负载供电，整流器对蓄电池组浮充电。当输入供电超出预定允差，由蓄电池组和逆变器组合持续供电。UPS开关采用静态开关，切换时间微秒级，电源输出波形为交流正弦波，稳定且精度高。

2.2 在线互动式UPS

正常状态下，输入电源通过稳压装置向负载供电，逆变器反向工作，对蓄电池组充电。当输入供电异常时，逆变器实现逆变工作状态，由蓄电池组和逆变器持续供電。电源输出波形为模拟交流正弦波，切换时间小于4ms，稳频性能不理想。

2.3 后备式UPS

工作原理类似于EPS，正常状态下，输入旁路通过稳压装置供电。当输入电源异常时，紧急切换至蓄电池组/逆变器组合保持负载功率的持续性。UPS结构简单，电源输出波形为交流方波，切换时间为4～10ms，适合供电质量要求不高的非关键场所。

由于城市轨道交通设备系统负荷对供电质量要求高，集中UPS电源应采用双变换（在线式）UPS，工作原理如图1所示。

图1   在线UPS工作原理

3 UPS的性能对比

根据整流工作模式等方案的不同，目前行业内形成工频型UPS、高频型UPS及模块化UPS的三种发展趋势。

工频型UPS采用SCR（可控硅）整流器、IGBT逆变器和隔离变压器的设计方案。由于可控硅的过流能力强（10In，20ms），直流母线电压低，且采用隔离变压器，可有效避免负载短路冲击和降低零地电压，可靠性高。由于采用可控硅及隔离变压器，增大损耗，效率低于高频机。工频型UPS的制造工艺成熟，应用广泛，故障率低。

高频型UPS整流器采用升压型脉宽调制IGBT技术，开关频率在几千至几万赫兹，远高于工频机。直流母线电压可达800～1000V，故蓄电池组须通过电池变换器PFC接入母线，若逆变器功率器件发生短路，则母线高电压对负载会有冲击。近年来，IGBT制造技术已取得较大进步，高频型UPS可靠性也相应提高并得到认可。

模块化UPS采用高频化结构技术，可以冗余并联，扩展灵活，能够实现在线热插拔和热更换，适合中等以上规模不间断电源供电方案，如表1所示。

4 集中UPS电源系统设置方案

4.1 系统整合范围

城市轨道交通设备系统负荷在车站及控制中心分布相对集中，可采用集中设置UPS方案，车辆段的停车场由于负荷分散，供电范围大，不适合设置集中UPS。

根据地铁设备负荷分级和供电要求，专用通信系统设备、BAS设备、FAS设备同为一级负荷中特别重要负荷，须设置一套集中UPS，综合监控系统设备、门禁系统设备、AFC系统设备、PIS、供电可视化接地系统主机、环控柜等一级负荷采用另一套集中UPS电源系统供电。为保证信号系统设备的安全独立性、民用通信和公安通信系统设备的维护便利，宜各自设置UPS。变电所由于存在冲击负荷（随机5s），独立设置交直流一体化电源。屏蔽门系统主要为非线性负载，独立设置后备电源。应急照明系统对供电质量要求低，设置EPS供电。

4.2 系统设置方案

国内城市轨道交通集中UPS电源系统常用方案有三种：UPS单机系统、并机冗余系统和并机双总线系统。

4.2.1 UPS单机系统

UPS单机系统方案由单UPS和单蓄电池组构成。当一路进线故障，由ATS切换到另一路进线电源供电。两路进线或整流器故障时由蓄电池组经逆变器供电，并通过分时下电功能满足各专业后备时间需求。当逆变器或智能控制单元故障则切换至静态旁路维持供电。

单机系统结构简单，维护方便，可靠性低，电源系统故障影响面较大。深圳、南宁、长春、成都等城市轨道交通线路采用单机系统方案。

4.2.2 并机冗余系统

并机冗余系统方案采用双UPS和双蓄电池组，为避免压差形成环流，影响蓄电池寿命，两组蓄电池间不设开关，各自承担50%负载后备时间供电。

并机冗余系统电源方案运行方式比较复杂，当一路进线故障，由ATS切换到另一路进线电源供电，两路进线电源均故障，由蓄电池组经逆变器供电;当其一UPS逆变器故障，由另一UPS承担全部负荷供电，若过载则切换到静态旁路;当其一UPS整流器故障，则故障UPS先通过蓄电池组放电，放电结束后，由另一UPS承担全部负荷供电，若过载则切换到静态旁路;当两台UPS逆变器均故障、两套智能控制单元均故障或其一UPS逆变器故障，另一UPS整流器故障时，切换至静态旁路维持供电;当UPS整流器均故障，则蓄电池组供电，放电结束切换至静态旁路维持供电。

并机冗余系统方案相对单机方案供电可靠、造价高。北京、武汉、广州、青岛、济南、长沙、杭州、厦門、成都控制中心等大部分城市轨道交通线路采用此方案。

4.2.3 并机双总线系统

并机双总线系统供电方案系统复杂，UPS相互独立，可靠性极高，造价高，适用于大型数据中心等关键场所。轨道交通行业中上海、广州部分地铁线路采用过此方式，运行方式与单机系统类似，详细过程不再赘述。

5 蓄电池组配置

5.1 蓄电池选型

目前，轨道交通行业UPS电源系统除上海地铁采用磷酸铁锂电池外，多采用阀控式铅酸蓄电池或胶体蓄电池。磷酸铁锂电池体积小、比能量大、寿命长且绿色环保，但造价高，成本为铅酸电池的2～3倍。阀控式密封铅酸蓄电池应用广泛，有较强的高倍率放电能力，故障时内部压力增大，存在安全风险。胶体电池仍属于贫液式铅酸电池，在铅酸电池基础上加入气相SiO2 、凝胶剂等制成，板栅材质多采用酚醛树脂或PVC。

胶体蓄电池设计寿命较铅酸蓄电池长且使用安全，同等容量下采用2V蓄电池，空间需求大，配套的监测设备多，综合造价高，维护工作量大。此外，UPS蓄电池组并联组数不应超过4组，故蓄电池容量400Ah以下的UPS电源系统宜采用12V蓄电池，即车站和控制中心集中UPS电源系统宜分别选择12V和2V胶体蓄电池。蓄电池对比如表2所示。

表2   蓄电池对比表

5.2 蓄电池组容量设置

集中UPS蓄电池容量计算方法不同于变电所直流电源蓄电池采用的阶梯计算法，常用电流计算法、恒电流法、恒功率法及电源计算法。

例如，采用恒电流算法时，应先计算蓄电池的最大放电电流值：

I=■

在这公式中，P（VA）为UPS容量，Pf为UPS输出功率因数，N为UPS标称电池电压的节数，I为UPS最大放电电流，V为蓄电池组临界放电电压，η为逆变器转换效率。

设计时依据不同专业负荷依次计算不同后备时间最大放电电流，通过计算结果查找蓄电池的恒电流放电系数表，由此确定蓄电池型号及组数。

5.3 蓄电池组管理方案

蓄电池组宜配置在线监测系统，对蓄电池组相关指标进行实时监测并与UPS监测数据同时上传至综合监控或智能运维系统，以便运营统一管理。在线均衡系统除能够实现在线监测功能外，还能对电池组进行大电流的充放电，实现蓄电池组的在线均衡和活化。由于目前尚无标准明确在线均衡功能的相关指标，效果有待实际验证。

6 结语

城市轨道交通作为城市发展的重要基础设施，设备系统稳定运行是其安全运营的重要保障。采用合理、经济的集中UPS电源系统配置方案将有利于地铁设备系统的稳定运行、资源配置整合及节能降耗。

【参考文献】

【1】中国航空规划设计研究总院有限公司.工业与民用供配电设计手册（第四版）[M].北京：中国电力出版社，2016.

作者：王福鑫，黄幸福，郑侃

压逆变器轨道管理论文 篇3：

现代轨道交通车辆电气牵引技术分析

摘要：随着我国城市建设发展水平的不断提高，城市轨道交通工程的建设程度不断加强，为人们日常出行提供了较大的便捷性。本文针对现代化城市轨道交通车辆的电气牵引技术进行了全面分析，旨在提高轨道交通车辆的安全稳定运行，为人们营造安全的出行环境。

关键词：现代轨道交通;地铁车辆运行;电气牵引技术

引言

目前，在城市轨道交通工程的运输工作中，电气牵引技术是其中的重要技术环节，在城市轨道交通工程中扮演着重要角色。不但如此，电气牵引技术还有具有其他的功能作用，为轨道交通的运行提供合适功力。再加上电气牵引技术具有较强的可控制性，在实际的运行应用过程中，能够将其转化为车辆的稳定制动，提高轨道交通车辆运行的安全性和控制性，从而实现轨道交通车辆运行的制动和减速，有效的防止轨道车辆出现风险事故，避免其危机到乘客人员的人身安全。

一、现代轨道交通车辆电气牵引系统的基本构成

地铁车辆电气牵引系统主要由避雷器、高压箱、受电弓、制动电阻、牵引逆变器、牵引电动机等部件组成。

地铁车辆电气牵引系统中由两台受电弓设备组成，这两台设备之间是彼此作为备用设备。如果某台设备出现故障问题，那么，备用设备会立即启动，维持牵引逆变器和辅助逆变器两者的正常运行，保证牵引系统中的相关动力设备能够接收受电弓设备提供的电源，从而保证地铁车辆牵引系统的稳定输压，维持地铁车辆的稳定运行。

与此同时，地铁车辆电气牵引系统中设有滤波电抗器，有利于维持电气牵引系统的稳定输压，保证系统结构内部逆变器的稳定运行，从而能够对直流电流进行转换，以及对实际电压频率进行调节，有效保证现代城市轨道交通地铁车辆中电气牵引系统的功能作用得以充分发挥。

此外，在现代城市轨道交通地铁车辆的实际运行过程中，针对其电流转换现象，需要注意到电气牵引系统与电网之间的电流流通性，因此，为了满足绿色环保、节能降耗的理念，在电气牵引系统与电网电流进行交互工作时，相关工作人员需要控制实际的能量损耗，以及注意是否存在环境污染问题。

二、现代轨道交通车辆电气牵引系统的控制分析

（一）地铁电气牵引的牵引控制

地铁车辆电气牵引控制主要是将模拟信号经控制器传递给牵引逆变器，再经过牵引逆变器对信号进行处理，最后传递给牵引控制装置以及制动控制装置，从而实现对地铁车辆运行的牵引控制。但是，由于城市轨道交通地铁车辆的实际运行速度较大，其单纯的依靠车辆驾驶人员对车辆行驶速度进行调整，缺失轨道交通工程建设发展的实用性和实践性，因此，在地铁牵引系统程序的实际设置中，要注重增加速度的控制模式，这样能够在地铁车辆行驶速度超出设定速度时，制动装置会自动启动，对地铁车辆运行进行控制管理。而且，当地铁车辆运行速度处于设定速度之下，制动装置控制系统会转变为牵引系统，保证地铁车辆的安全且平稳运行。

（二）电气牵引技术的主要元件

电气牵引技术中较为重要的元件包括了受电器、接口电器、断路器等等。

1、受电器

受电器是电气牵引技术中的主要元件结构，现代轨道交通车辆的运行，对受电器使用性能提出了更高要求，需要在保证电气牵引技术发挥出自身优势性能的基础上，满足第三轨稳定滑动的要求。而且，轨道交通车辆在提速行驶的过程中，受电器的适度压力能够保证电气牵引系统的正常受力，并保证受力始终处于在安全且合理的范围内，从而有效的避免设备结构出现较大的磨损。目前，我国针对这个问题的解决，主要是积极引进且自主研发具有自动化调节功能作用的受电器设备，有效缓解受电器在电气牵引系统运行中承受的压力。

2、接口电器

现代化城市轨道交通车辆系统结构中的接口电器，需要满足电气牵引技术的实际应用需求，对其合理化应用进行全面化的控制，保证其使用效果。而且，轨道交通车辆电气牵引技术的应用过程，很容易出现匹配性问题，这就要求接口电气按照电气牵引技术与现代轨道交通车辆之间的匹配关系进行设置，避免因接口电器的不匹配问题，而影响电气牵引技术的实际应用效果。

3、断路器

现代轨道交通车辆运行中电气牵引技术的合理化应用，需要依靠断路器设备来紧急的阻断设备运行，对现代化城市轨道交通工程的建设发展具有积极促进作用。随着电气牵引技术的信息化建设发展，断路器设备占有重要的行业市场比例，其在电气牵引技术应用中的使用，能够降低车辆的制动时间，在短时间内对轨道交通车辆进行调节，导致其中电流不会出现阻断上升风险，并充分利用断路器来完善电气牵引技术。

（三）电气牵引的交流传动控制

交流传动技术是现代城市轨道交通中地铁车辆中电气牵引系统运行的主要应用技术形式，为车辆的安全稳定运行提供根本保障，通过有效的弱化电气牵引系统中电流之间存在的负面作用，来强化了电气牵引系统中控制功能的应用全面性。与此同时，相关技术人员可以采用交流传动技术来解决地铁牵引系统中的线路复杂问题，在提高异步牵引电机运行可行性的基础上，提高地铁车辆的安全运行，从而能够满足地铁车辆运行，对电气牵引控制系统的复杂化要求。

三、結语

综上所述，在现代化轨道交通车辆的运行中，需要针对电气牵引技术进行合理化应用，保证城市轨道交通车辆的安全且稳定运行，为人们日常生活提供安全的出行环境，推动轨道交通工程的建设发展。

参考文献：

[1]曾星瑜.浅析现代轨道交通车辆电气牵引技术[J].中国设备工程，2018（9）：135-136.

[2]潘宣伊.论现代轨道交通车辆电气牵引技术[J].科技经济市场，2017（11）：30-31.

[3]张迎，李炳奇.现代轨道交通车辆电气牵引技术分析[J].农家科技旬刊，2017（10）：325-325.

[4]罗百敏.城市轨道交通车辆电气牵引技术发展[J].大众用电，2004（10）：23-24.

（作者单位：苏州市轨道交通集团有限公司运营一分公司）

作者：吴健