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摘 要：车辆辅助供电系统（APS）是轨道电客车的重要组成系统之一，采用恒压恒频（CVCF）技术把稳定的直流电源逆变为三相交流380V和直流110V输出，为列车辅助负载如空调、控制、照明和通信装置等提供经过调节的稳定的交直流电源；每列车安装2套辅助电源装置即静止逆变器（SIV）和蓄电池组，其输出能力可满足6辆编组列车各种负载工况的用电要求，系统内设自动监视装置，具有自诊断和故障记录功能，可在司机室显示屏上显示系统状态及故障情况，便于故障分析和维修，结合电客车调试期间和运行发现的问题，阐述扩展供电式辅助供电系统的现状。
关键词：PWM；逆变；整流；供电
1 深三线辅助供电系统概况
深圳地铁三号线（以下简称深三线）采用B1型轨道电客车，直流1500V供电受流方式，牵引主电路从牵引电网接收直流1500V电压，通过逆变主电路的逆变和整流，为列车提供稳定的交流380V和直流110V，供给列车负载如空调、控制电源、照明设备、空气压缩机和播音装置等使用，每列车安装2套辅助电源装置和蓄电池组同时工作，采用扩展供电方式组网，其输出能力可满足6辆编组电客车各种负载工况的用电要求。深三线轨道电客车辅助供电系统采用高性能微机控制，PWM（脉冲宽度调制）控制方式，控制运算采用数字信号处理器DSP，动态响应性能好，逆变输出良好稳定，为电客车负载提供稳定电源，充分发挥列车的性能。
2 车载PWM脉冲宽度调制过程
PWM脉冲宽度调制是对模拟信号进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全打开，要么完全关闭。斩波电压是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上；通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。通过调整周期和占空比，达到控制逆变电流输出的目的。
深三线辅助供电系统的逆变器使用的是12步逆变模块，由两个6步逆变模块并联而成的，其中6步逆变模块是典型的三相逆变电路，如图1所示。
图1 三相逆变电路
逆变器的输出由IGBT门极开关确定，此开关由IGBT门极驱动单元（IDU）控制。例如：当IGBT的U1、V2或W2打开，电压基本PWM波形是单脉冲矩形波，U相输出波形如图2示。
图2单脉冲方矩形波PWM波形
整个逆变过程从处理器到门极信号通断采用DSP数字控制技术，没有数模转换过程，噪声影响较小。在接收端，通过适当的RCL滤波电路可以滤除调制输出的冲击方波并将信号还原为模拟形式。结合先进的微机控制技术，使得整个逆变过程变得稳定可靠，响应快速，输出精确。
3 辅助供电输出种类及性能
辅助电源装置的功率组件采用大功率电力电子器件IGBT，采用自然风冷的冷却方式。逆变器输入电压为额定电压DC1500V。当150%（DC2250V）额定输出时，辅助逆变器将维持运行10秒后关断；200%额定输出时，辅助逆变器会立即关断。输出种类及性能如表1所示。
表1 辅助供电输出种类及性能
辅助供电系统有足够的瞬时过载能力，在短时间内能承受最大负载启动时的电流冲击，并在输入电源及负载突变条件下，使瞬间输出电压波动小，不影响所有负载电机电器的正常工作。瞬间电压变化范围： ±20%（负载突变从额定值70%到100%，输入电压突变DC±150V/20ms），瞬间电压变化调整时间：<0.1秒，辅助逆变器在额定工况下的总效率大于90%，能承受列车在过断电区时产生的输入电压的突变，逆变器的输出采用隔离变压器与外部电路进行电气隔离。
列车在非再生制动工况下，第三轨供电电压高于DC1800V时，辅助逆变器即停止运行，直至第三轨供电电压低于DC1750V并维持至少3秒后，辅助逆变器才回复正常工作；再生制动工况下，第三轨接触网电压高于DC2000V并维持至少3秒时，辅助逆变器立即断电。
4 辅助供电系统的现状
深三线辅助供电系统采用韩国乐铁公司的技术，香港地铁在2000年采购在电客车中也批量使用过，该系统有可靠性高、故障率低特点。但深三线在列车运营初期和列车动态调试过程中，发生过一些功能性的问题，如：蓄电池充电故障，直流输出电压偏高，充放电短路事故等。
5 结束语
辅助逆变器的保护功能齐全可靠，包括过电压、欠电压、过载、短路、接地、过热、超频/低频等保护项目，在正常情况下，每列车的2套辅助逆变器向全列车辅助系统的负载提供电源，当其中1套辅助逆变器（SIV）故障时，余下的1套将承担6辆车的基本负载并保证列车的正常运行，此时列车负载实行减载工作，被减掉的机组保持通风。本文通过电客车辅助供电设备安装调试过程遇到的问题总结分析，PWM脉冲宽度调制技术已广泛应用于现代城市地铁轨道电客车的辅助供电系统当中，通过介绍PWM脉冲宽度调制技术在深圳地铁三号线B1型电客车辅助电源系统上的运用，两路12步IGBT逆变器并联和变压器组成的，为电客车提供稳定的AC380V电源和DC110V电源，列车两台辅助电源系统的冗余设计提高列车的可靠性。随着我国科技水平的发展，我国在该领域也有了一定的基础。2002年，株洲时代集团与国际知名集团的公开竞标中，一举拿下香港地铁469台辅助变流器的改造项目，为实施城市轨道交通设备国产化打下了坚实的基础。
参考文献
[1] 深圳地铁三号线投资有限公司运营分公司《电客车检修手册》.
[2]韩国乐铁公司《SZ3_CHAP4_APS_Operation_Manual_EN_CN_091 228》（维修手册）.
[3] 王兆安，劉进军. 电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2009.
关键词：PWM；逆变；整流；供电
1 深三线辅助供电系统概况
深圳地铁三号线（以下简称深三线）采用B1型轨道电客车，直流1500V供电受流方式，牵引主电路从牵引电网接收直流1500V电压，通过逆变主电路的逆变和整流，为列车提供稳定的交流380V和直流110V，供给列车负载如空调、控制电源、照明设备、空气压缩机和播音装置等使用，每列车安装2套辅助电源装置和蓄电池组同时工作，采用扩展供电方式组网，其输出能力可满足6辆编组电客车各种负载工况的用电要求。深三线轨道电客车辅助供电系统采用高性能微机控制，PWM（脉冲宽度调制）控制方式，控制运算采用数字信号处理器DSP，动态响应性能好，逆变输出良好稳定，为电客车负载提供稳定电源，充分发挥列车的性能。
2 车载PWM脉冲宽度调制过程
PWM脉冲宽度调制是对模拟信号进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全打开，要么完全关闭。斩波电压是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上；通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。通过调整周期和占空比，达到控制逆变电流输出的目的。
深三线辅助供电系统的逆变器使用的是12步逆变模块，由两个6步逆变模块并联而成的，其中6步逆变模块是典型的三相逆变电路，如图1所示。
图1 三相逆变电路
逆变器的输出由IGBT门极开关确定，此开关由IGBT门极驱动单元（IDU）控制。例如：当IGBT的U1、V2或W2打开，电压基本PWM波形是单脉冲矩形波，U相输出波形如图2示。
图2单脉冲方矩形波PWM波形
整个逆变过程从处理器到门极信号通断采用DSP数字控制技术，没有数模转换过程，噪声影响较小。在接收端，通过适当的RCL滤波电路可以滤除调制输出的冲击方波并将信号还原为模拟形式。结合先进的微机控制技术，使得整个逆变过程变得稳定可靠，响应快速，输出精确。
3 辅助供电输出种类及性能
辅助电源装置的功率组件采用大功率电力电子器件IGBT，采用自然风冷的冷却方式。逆变器输入电压为额定电压DC1500V。当150%（DC2250V）额定输出时，辅助逆变器将维持运行10秒后关断；200%额定输出时，辅助逆变器会立即关断。输出种类及性能如表1所示。
表1 辅助供电输出种类及性能
辅助供电系统有足够的瞬时过载能力，在短时间内能承受最大负载启动时的电流冲击，并在输入电源及负载突变条件下，使瞬间输出电压波动小，不影响所有负载电机电器的正常工作。瞬间电压变化范围： ±20%（负载突变从额定值70%到100%，输入电压突变DC±150V/20ms），瞬间电压变化调整时间：<0.1秒，辅助逆变器在额定工况下的总效率大于90%，能承受列车在过断电区时产生的输入电压的突变，逆变器的输出采用隔离变压器与外部电路进行电气隔离。
列车在非再生制动工况下，第三轨供电电压高于DC1800V时，辅助逆变器即停止运行，直至第三轨供电电压低于DC1750V并维持至少3秒后，辅助逆变器才回复正常工作；再生制动工况下，第三轨接触网电压高于DC2000V并维持至少3秒时，辅助逆变器立即断电。
4 辅助供电系统的现状
深三线辅助供电系统采用韩国乐铁公司的技术，香港地铁在2000年采购在电客车中也批量使用过，该系统有可靠性高、故障率低特点。但深三线在列车运营初期和列车动态调试过程中，发生过一些功能性的问题，如：蓄电池充电故障，直流输出电压偏高，充放电短路事故等。
5 结束语
辅助逆变器的保护功能齐全可靠，包括过电压、欠电压、过载、短路、接地、过热、超频/低频等保护项目，在正常情况下，每列车的2套辅助逆变器向全列车辅助系统的负载提供电源，当其中1套辅助逆变器（SIV）故障时，余下的1套将承担6辆车的基本负载并保证列车的正常运行，此时列车负载实行减载工作，被减掉的机组保持通风。本文通过电客车辅助供电设备安装调试过程遇到的问题总结分析，PWM脉冲宽度调制技术已广泛应用于现代城市地铁轨道电客车的辅助供电系统当中，通过介绍PWM脉冲宽度调制技术在深圳地铁三号线B1型电客车辅助电源系统上的运用，两路12步IGBT逆变器并联和变压器组成的，为电客车提供稳定的AC380V电源和DC110V电源，列车两台辅助电源系统的冗余设计提高列车的可靠性。随着我国科技水平的发展，我国在该领域也有了一定的基础。2002年，株洲时代集团与国际知名集团的公开竞标中，一举拿下香港地铁469台辅助变流器的改造项目，为实施城市轨道交通设备国产化打下了坚实的基础。
参考文献
[1] 深圳地铁三号线投资有限公司运营分公司《电客车检修手册》.
[2]韩国乐铁公司《SZ3_CHAP4_APS_Operation_Manual_EN_CN_091 228》（维修手册）.
[3] 王兆安，劉进军. 电力电子技术[M]. 北京：机械工业出版社，2009.