北京公共交通控股（集團(tuán)）有限公司 孫 鵬

北京公交雙源無軌電車電力電子絕緣隔離技術(shù)應(yīng)用分析

北京公共交通控股（集團(tuán)）有限公司 孫 鵬

北京公交集團(tuán)雙源無軌電車始用于1999年，其技術(shù)至今已經(jīng)歷了幾代產(chǎn)品的升級和變化，發(fā)展至2017年5月，雙源無軌電車已達(dá)1233輛，運(yùn)營著23條線路，線路總長度329.45km；線網(wǎng)總長度266.38km。

為保證線網(wǎng)對無軌電車正常供電及輸出電流電壓的穩(wěn)定，北京公交無軌電車采用了新型集成式電力電子絕緣隔離電源系統(tǒng)（圖1）。

圖1 電力電子絕緣隔離電源系統(tǒng)示意圖

該系統(tǒng)的基本技術(shù)原理是：線網(wǎng)電壓進(jìn)入整流模塊（作用：保證接入高壓正負(fù)反接都可正常工作），輸入至濾波電路（作用：保證輸入電流電壓穩(wěn)定），逆變器將線網(wǎng)直流電變?yōu)榻涣麟姡―C轉(zhuǎn)AC），變壓器模塊起到隔離高壓電的作用，然后經(jīng)整流輸出再將交流電變?yōu)橹绷麟姡ˋC轉(zhuǎn)DC），通過輸出濾波保證輸出電流電壓穩(wěn)定。

1 電力電子絕緣隔離電源技術(shù)應(yīng)用解決的問題

（1）新型雙源無軌電車在應(yīng)用電力電子絕緣隔離平臺后，有效地解決了原無軌電車可能存在的觸電風(fēng)險(xiǎn)，將高壓線網(wǎng)和車身之間的高壓平臺進(jìn)行了有效隔離，用電環(huán)境得到了改善，避免了線網(wǎng)電壓可能出現(xiàn)的沖擊、過載所帶來的影響，使絕緣隔離平臺下雙源無軌電車能夠?qū)崿F(xiàn)“純電動”模式運(yùn)行（圖2）。

圖2 電力電子絕緣電氣系統(tǒng)拓補(bǔ)圖

（2）解決了高壓線網(wǎng)對無軌電車車身的絕緣問題，減少了原整車物理絕緣的部件和二級絕緣可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在減少絕緣材料的同時(shí)保障線網(wǎng)和整車可靠隔離。

（3）由于物理絕緣改進(jìn)為電力電子絕緣，絕緣隔離平臺下驅(qū)動電機(jī)由原來的線網(wǎng)直接取電運(yùn)行改為在更安全的平臺下行駛，將原來的風(fēng)冷形式改進(jìn)為液冷形式，大大提升了散熱效果，改善了動力總成的使用環(huán)境。

2 電力電子絕緣隔離電源技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的功能

（1）電力電子絕緣隔離平臺的實(shí)際應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)在600V高壓線網(wǎng)平臺上工作；北京公交的供電線網(wǎng)電壓在400～750V之間實(shí)現(xiàn)區(qū)域供電，雙源無軌電車對用電環(huán)境適應(yīng)性要求很高，當(dāng)車輛所需電壓超出供電線網(wǎng)所提供的電壓時(shí)，電子電力絕緣隔離平臺將實(shí)現(xiàn)自增壓功能，以滿足車輛運(yùn)營需求。

（2）電機(jī)和電池最優(yōu)的能量分配和制動能量回收功能。

（3）輸出電壓寬泛（DC400～750V），即使是供電線網(wǎng)的負(fù)荷增大，也不會影響驅(qū)動電機(jī)的工作狀態(tài)。

（4）實(shí)現(xiàn)雙源無軌電車搭網(wǎng)時(shí)能量流向的智能控制模式。

3 在高壓總成及電路優(yōu)化上的應(yīng)用

（1）雙源無軌電車采用線網(wǎng)供電和車載動力電池供電兩種方式，整車高壓系統(tǒng)采用二級絕緣方式。當(dāng)無軌電車在有供電線網(wǎng)路段運(yùn)行時(shí)，利用線網(wǎng)供電，電力電子隔離系統(tǒng)可以對動力電池進(jìn)行充電。

（2）高壓電流從線網(wǎng)經(jīng)車頂上的熔斷器、電抗器和電度表輸出高壓直流給直流設(shè)備供電，高壓直流經(jīng)過車頂電源中心轉(zhuǎn)換為三相交流電給交流設(shè)備(AC380V)供電。

4 總結(jié)

（1）雙源無軌電車采用集成式電力電子隔離電源的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雙重絕緣隔離電源變換器后的總體高壓電器原理與純電動車型統(tǒng)一平臺的模式，形成雙源無軌電車與純電動客車車型電動化底盤的平臺化，提高了城市客車產(chǎn)品的通用化程度。

（2）雙源無軌電車電子電力絕緣隔離平臺的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了無軌電車的充電能力和線網(wǎng)供電穩(wěn)定性、適應(yīng)性，在其平臺下動力電池的補(bǔ)電能力始終保持穩(wěn)定，動力電池系統(tǒng)和線網(wǎng)供電系統(tǒng)之間的能量供給策略得以優(yōu)化，能夠最大限度地減少無軌電車對于供電線網(wǎng)的依賴程度，進(jìn)一步優(yōu)化城區(qū)內(nèi)架設(shè)雙源無軌電車線網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)饋線落線、減少線網(wǎng)在交叉路口的架設(shè)密度等工作，從雙源無軌電車技術(shù)升級的角度得以實(shí)現(xiàn)。