地铁列车高频变流辅助电源研究
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完成单位:广州地铁集团有限公司、北京鼎汉技术集团股份有限公司
登记编号:CAPE-CXCG-2024-J-1-121
登记年份:2024
发布时间:2024-07-17
朱士友、袁敏正、陈希隽、彭有根、巫红波、苏钊颐、高 扬、于江山、邱伟明、陈军华
(1)研究背景
市场调研显示,1条25公里左右的轨道交通运营线路,1年的耗电量约在1-2亿千瓦时,且轨道交通行业运量庞大,可见地铁运营的用电成本十分巨大,为此城市轨道交通系统性节能解决方案也成为行业内最重要的话题之一。
其中,通过列车部件的轻量化和高效化,减轻列车重量,降低列车运营能耗,是行业内一个研究方向。
随着地铁车辆技术发展,各种新技术和设备需应用在地铁车辆上,提升列车的先进性,由此带来了列车轴重过大问题。而通过列车部件轻量化减低列车轴重则是一项行之有效的办法。
辅助电源是为列车提供直流110V和交流380V的关键设备。目前国内地铁列车辅助电源产品以工频辅助电源为主,存在体积大,重量大、效率低的问题。
通过采用高频技术,可大大降低变压器重量,辅助电源可实现轻量化、小型化,较传统工频辅助电源,可以减轻重量、体积,提升输出效率,从而实现车辆的轻量化,促进整车节省降耗。
国外地铁车辆负载功率较小,高频辅助电源均为为200kva以下功率等级产品,没有200kva功率以上的辅逆需求。 国内地铁由于运量大,对200kva功率以上的单体大功率电源有一定需求。
国内高频辅助电源产业整体处于起步阶段,在200kva以下功率,国内厂商有少量产品应用。200kva以上的高频变流辅助电源仍在研发。在以上背景下,广州地铁发起成立科研项目组,联合北京鼎汉技术股份有限公司联合开发,基于鼎汉SMART成熟的高频辅助电源技术,开发200kva以上的高频变流辅助电源。
(2)技术难点
1、由于新增了升压变换和谐振变换两个环节,其MTBF值理论上有可能小于传统的工频辅逆产品;
2、由于高频技术在输入输出变换时采用了相对于工频技术更高的斩波技术,其辐射在理论上可能更大。
(3)成果先进性、创新性
a、采用高频技术,将开关频率从50Hz提升至20KHz,降低变压器、磁性元件的重量和体积,实现了车辆辅助电源装备的轻量化,相对于传统的工频辅助电源,功率密度从100W/L 提升到160W/L 左右,功率重量从120W/kg 提升到240W/kg左右;( 尺寸为1600 x 1500 x 560 mm,重量为870kg),较同等功率等级的传统工频辅助电源,整机重量减轻约50%,体积减小了约1/3。
b、系统采用了新型的拓扑电路,DC/DC变换电路采