1、北京公交双源无轨电车电力电子绝缘隔离技术应用分析 孙鹏 北京公共交通控股(集团)有限公司 北京公交集团双源无轨电车始用于 1999 年, 其技术至今已经历了几代产品的升级和变化, 发展至 2017 年 5 月, 双源无轨电车已达 1233 辆, 运营着 23 条线路, 线路总长度 329.45km;线网总长度 266.38km。为保证线网对无轨电车正常供电及输出电流电压的稳定, 北京公交无轨电车采用了新型集成式电力电子绝缘隔离电源系统 (图 1) 。图 1 电力电子绝缘隔离电源系统示意图 下载原图该系统的基本技术原理是:线网电压进入整流模块 (作用:保证接入高压正负反接都可正常工作) , 输入
2、至滤波电路 (作用:保证输入电流电压稳定) , 逆变器将线网直流电变为交流电 (DC 转 AC) , 变压器模块起到隔离高压电的作用, 然后经整流输出再将交流电变为直流电 (AC 转 DC) , 通过输出滤波保证输出电流电压稳定。1 电力电子绝缘隔离电源技术应用解决的问题(1) 新型双源无轨电车在应用电力电子绝缘隔离平台后, 有效地解决了原无轨电车可能存在的触电风险, 将高压线网和车身之间的高压平台进行了有效隔离, 用电环境得到了改善, 避免了线网电压可能出现的冲击、过载所带来的影响, 使绝缘隔离平台下双源无轨电车能够实现“纯电动”模式运行 (图 2) 。(2) 解决了高压线网对无轨电车车身的
3、绝缘问题, 减少了原整车物理绝缘的部件和二级绝缘可能带来的风险, 在减少绝缘材料的同时保障线网和整车可靠隔离。(3) 由于物理绝缘改进为电力电子绝缘, 绝缘隔离平台下驱动电机由原来的线网直接取电运行改为在更安全的平台下行驶, 将原来的风冷形式改进为液冷形式, 大大提升了散热效果, 改善了动力总成的使用环境。2 电力电子绝缘隔离电源技术应用实现的功能(1) 电力电子绝缘隔离平台的实际应用, 可实现在 600V 高压线网平台上工作;北京公交的供电线网电压在 400750V 之间实现区域供电, 双源无轨电车对用电环境适应性要求很高, 当车辆所需电压超出供电线网所提供的电压时, 电子电力绝缘隔离平台将
4、实现自增压功能, 以满足车辆运营需求。(2) 电机和电池最优的能量分配和制动能量回收功能。(3) 输出电压宽泛 (DC400750V) , 即使是供电线网的负荷增大, 也不会影响驱动电机的工作状态。(4) 实现双源无轨电车搭网时能量流向的智能控制模式。图 2 电力电子绝缘电气系统拓补图 下载原图3 在高压总成及电路优化上的应用(1) 双源无轨电车采用线网供电和车载动力电池供电两种方式, 整车高压系统采用二级绝缘方式。当无轨电车在有供电线网路段运行时, 利用线网供电, 电力电子隔离系统可以对动力电池进行充电。(2) 高压电流从线网经车顶上的熔断器、电抗器和电度表输出高压直流给直流设备供电, 高压
5、直流经过车顶电源中心转换为三相交流电给交流设备 (AC380V) 供电。4 总结(1) 双源无轨电车采用集成式电力电子隔离电源的新技术, 实现了双重绝缘隔离电源变换器后的总体高压电器原理与纯电动车型统一平台的模式, 形成双源无轨电车与纯电动客车车型电动化底盘的平台化, 提高了城市客车产品的通用化程度。(2) 双源无轨电车电子电力绝缘隔离平台的应用, 进一步提高了无轨电车的充电能力和线网供电稳定性、适应性, 在其平台下动力电池的补电能力始终保持稳定, 动力电池系统和线网供电系统之间的能量供给策略得以优化, 能够最大限度地减少无轨电车对于供电线网的依赖程度, 进一步优化城区内架设双源无轨电车线网、实现馈线落线、减少线网在交叉路口的架设密度等工作, 从双源无轨电车技术升级的角度得以实现。
