杨毅

（新誉庞巴迪牵引系统有限公司，江苏 常州 213166）

地铁作为现代城市中快速、便捷、清洁和高效的交通工具，已成为一个国家综合国力、城市经济实力、人们生活水平及现代化的重要标志。辅助系统是地铁车辆上的一个必不可少的关键的电气部分，它可为空调机、通风机、空压机、蓄电池充电器及照明等辅助设备提供供电电源。

1 地铁车辆辅助供电系统的组成

辅助供电系统主要通过辅助变流器获得三相交流电源，利用供电干线将三相交流电源提供给各用电设备，包括充电机。再利用充电机给低压负载供电并给蓄电池充电。在辅助变流器故障情况下，由蓄电池提供应急电源，保证列车安全。

2 地铁车辆辅助供电方式

目前，地铁辅助供电供电方式，主要包括交叉供电、扩展供电和并网供电。以下以一列车有两个独立的ACM 为列，分别介绍三种供电方式。

2.1 交叉供电

交叉供电是将每节车厢的交流负载采用分组式母线供电。正常供电的时候，每个车负载根据功率平均分为两组，由两个ACM 通过两路不同供电干线对列车负载进行供电。对于牵引和辅助的冷却风机等重要负载，两个ACM 均为其供电，起到冗余作用。

2.2 扩展供电

扩展供电是将车辆分为两个独立的供电单元，仅有一路母线供电贯穿整列车。两个ACM 均连接到母线上，中间设有一个接触器将两个ACM 分断，使其不会并网运行。当两个ACM 正常工作时，扩展接触器处于断开状态，每个逆变器为本单元交流负载供电。当其中一个逆变器故障时，通过控制扩展接触器闭合，有工作状态良好的逆变器为整列车的交流负载供电。考虑到逆变器的容量限制，此时，每节车的空调要减载运行。

2.3 并网供电

并网供电同扩展供电，仅有一路母线供电贯穿整列车，两个ACM 同时向母线进行供电，整列车的负载都在母线上取电。在故障的时候，故障的ACM 停止工作，由剩余的ACM向干线供电。当故障的ACM 数量达到设定值时（如：2/3 或1/2 故障），空调减载。

2.4 辅助供电方式比较

三种辅助供电方式进行比较：

（1）并网供电和交叉供电负载切换方式简单，影响较小，扩展供电影响大。

并网供电和交叉供电，当ACM 故障或恢复时，负载切换由网络负责判断控制，不需要单独设置复杂的硬件电路。扩展供电设置了扩展接触器，为了不损坏扩展接触器，在切换过程中，需要将车辆所有ACM 停机。

图1 并网供电控制图

（2）并网供电和扩展供电布线少，交叉供电复杂。

交叉供电需要在列车上布设两路三相四线制的列车线，而并网和扩展只需一路列车线，从数量上减少一半，线缆重量也减少一半，对整车减重有明显优势。

（3）舒适度性，交叉供电模式ACM 故障只能启用一半负载，而扩展供电和并网供电能最大限度地利用ACM 的容量，让更多的负载工作，为乘客提供更舒适的环境。

综合以上比较，并网供电切换方式简单，布线少，能最大程度保证列车辅助系统运行。目前，随着并网供电方案的不断完善，并网供电正在越来越多地被推广应用。

3 地铁车辆辅助并网供电

并联供电要求母线上三相电压幅值，相位和频率都要相同。所以每台ACM 配置辅助负载接触器，用于并网供电或者故障隔离。各ACM 能按照正常时序启动，只有电压幅值、相位和频率相同母线，负载接触器闭合，达到并网供电，如图1 所示。

并网供电要求在网络正常和无网络模式下都能实现。

3.1 网络正常并网供电

列车激活，高压系统正常供电，所有ACM 启动自检。自检完成后，网络根据ACM 物理编码地址，指定第1 台ACM 为主启动，其余ACM 的三相输出接触器均保持分断状态。当第1 台ACM1 完成启动，网络收到辅助母线激活信号，立即发送启动指令给下一台ACM2（大约4s）。间隔大约1s，网络发送启动指令给下一台ACM3（大约5s）。间隔大约1s，网络发送启动指令给下一台ACM4（大约6s）。第2 台ACM2 通过其自身的电压传感器与网络交互信息，使其跟随第一台ACM的输出波形，一旦实现同步，即闭合三相输出接触器，完成同步工作启动完成（大约8s）。第3 台ACM3 启动完成（大约9s）。第4 台ACM4 启动完成（大约10s），如下图2 所示。

在并网过程中，作为主的第1 台ACM 无法正常启动，网络将其隔离，同时把第2 台ACM 作为主，按照以上时序控制进行启动。当第4 台ACM 完成并网后，网络再次控制第1 台ACM 作为子ACM，进行并网。第2 台ACM 无法作主，按此方法依次选主。

图2 并网供电时序控制图

图3 带母线接触器的并网供电控制

3.2 无网络并网供电

无网络指定主和控制并网时序时，一般有两种方式来实现：

第一种，采用竞争机制，即“谁先谁主”的模式。当列车激活，高压系统正常供电，选定第一台向中压母线输出的ACM 为主，后续其他ACM 将通过连接在三相输出接触器上和下级的两组电压传感器进行比较，（上级电压传感器检测ACM 自身的输出波形，下级电压传感器则是检测中压母线的波形），以确定自身输出是否已与中压母线的电压波形同步，一旦完成同步，由辅助逆变控制器发出三相输出接触器吸合指令，从而实现并网。其他ACM 的启动时序不受物理控制，只根据并网条件有关。

第二种，主机和从机启动顺序的选择应取决于MVB 总线的设备的地址。当列车激活，高压正常供电，第1 台ACM 被指定主，进行正常单启动。剩余的ACM 检查依次设置延迟时间后启动。

如果在第1 台ACM 不能成功启动，过30s 后，此ACM 要离开它的主状态。第2 台ACM 作为主启动之前，需要用30s时间来核实备用模式信号是否激活或在5s 内是否有电压（＜50V）。其他ACMs 按上面所述的方法，检查三相总线是否满足，然后，再进行并网。第1 台ACM 还将试图以子逆变器试图进行同步。

3.3 带母线接触器的并网供电

为了避免当母线发生短路故障，无法隔离故障母线，导致整车辅助供电系统瘫痪，会在辅助母线上增加接触器。母线接触器的位置可直接加在列车的中间，可隔离发生半列车短路母线，如图3 所示。

母线接触器也可以设置多个，设置在母线的不同位置，提高母线的可用性。当然，随着接触器的增多，控制的方法会变得更加复杂。

4 结语

本文主要研究了地铁车辆的辅助供电系统，分析了辅助供电系统的几种方式，并比较了几种方式的优缺点，具体阐述了车辆辅助并网供电的控制方式。但是，对于带母线接触器控制的并网控制，还需要进一步研究。