孫 冰，高洪光，武杰文，張立臣

（中車大連機(jī)車車輛有限公司， 遼寧大連116022）

優(yōu)先發(fā)展公交系統(tǒng)，是中國(guó)城市交通的發(fā)展方向。現(xiàn)代有軌電車交通系統(tǒng)是軌道交通和市區(qū)道路相結(jié)合的、承擔(dān)著主要的公交職能的中等運(yùn)能的交通方式［1］，具有安全環(huán)保、設(shè)計(jì)新穎、環(huán)境友好、可靠性高、快捷舒適、運(yùn)量中等、成本低廉等特點(diǎn)，是一種高性價(jià)比的交通選擇［2］。

傳統(tǒng)有軌電車采用架空接觸網(wǎng)供電，接觸網(wǎng)影響城市整齊劃一的景觀要求，這自然地促進(jìn)了現(xiàn)代有軌電車新型供電技術(shù)的發(fā)展，即地面供電技術(shù)，由地面供電模塊給列車供電，鋪設(shè)方案可與城市融為一體，使有軌電車線路、站臺(tái)的設(shè)計(jì)更具有藝術(shù)性。

地面供電技術(shù)由地面供電模塊、車輛受流系統(tǒng)、變電所保護(hù)系統(tǒng)等組成，地面供電模塊鋪設(shè)于走行軌中間位置，有軌電車下部裝有受電靴，通過(guò)地面供電模塊接觸受流，地面供電模塊供電區(qū)域均位于車輛受電靴下部，供電部分被車體覆蓋，外部的人員和動(dòng)物接觸不到供電部分，安全性得到了保障。

地面供電技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中仍存在一些技術(shù)難題［3］。文中討論的是采用地面供電技術(shù)的現(xiàn)代有軌電車項(xiàng)目中，保證有軌電車與地面供電模塊互相匹配，形成車地一體化作用的關(guān)鍵技術(shù)，即現(xiàn)代有軌電車受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)的研發(fā)以及應(yīng)用［4］。

1 車地匹配問(wèn)題

1.1 地面供電模塊

地面供電由鋪設(shè)于兩條軌道中間部位的若干個(gè)地面供電模塊連接組成的，橫截面如圖1 所示。

圖1 地面供電模塊布置示意

采用自然重力與磁力特性，有軌電車轉(zhuǎn)向架下安裝的受電靴與地面模塊內(nèi)的柔性導(dǎo)電排都安裝有磁性材料，當(dāng)車輛行駛至地面供電模塊處，受電靴下方的磁鐵將模塊內(nèi)的柔性金屬帶吸起，模塊內(nèi)的柔性導(dǎo)電排受磁力吸起而上抬，地面供電模塊表面鋼板通過(guò)C 型鋼板與供電電源正極連通，模塊表面鋼板帶電，受電靴通過(guò)與模塊表面接觸將電能引入車輛內(nèi)，原理如圖2 所示。

當(dāng)車輛受電靴離開(kāi)當(dāng)前地面供電模塊表面后，模塊內(nèi)的柔性導(dǎo)電排受自然重力作用，回落到模塊內(nèi)部最低處，模塊表面鋼板通過(guò)C 型鋼板與安全負(fù)極相連通，模塊表面失電，并可保證該地面供電模塊表面與安全負(fù)極相連，確保安全，原理如圖3所示。

圖2 地面供電模塊供電狀態(tài)示意圖

圖3 地面供電模塊非供電狀態(tài)示意圖

1.2 車輛受流系統(tǒng)

地面供電模塊相配合的車載受流系統(tǒng)，其主要部件包括受電靴、液壓控制系統(tǒng)、保護(hù)裝置等部分，來(lái)配合完成由地面供電系統(tǒng)輸出的電能傳輸?shù)秸囉秒娫O(shè)備。受電靴前后端配備有排障器，能夠清除大部分障礙物，受電靴下方配備有蓋板，當(dāng)受電靴收起不用時(shí)，蓋板閉合，位置正處于受電靴永磁體下方，蓋板內(nèi)含導(dǎo)磁材料，保證磁路封閉于蓋板內(nèi)部，防止吸附其他磁性廢物，能夠起到保護(hù)受電靴的作用，受電靴的收起狀態(tài)和降下?tīng)顟B(tài)如圖4、圖5 所示。

有軌電車車體兩端模塊的下方安裝有受電靴，地面供電方式時(shí)，車輛內(nèi)部，司機(jī)室內(nèi)的開(kāi)關(guān)控制液壓系統(tǒng)降下受電靴，受電靴底座與地面供電模塊相接觸，底座內(nèi)部安裝有永磁鐵組和帶彈簧的電刷，電刷通過(guò)跳線連接到車輛系統(tǒng)。底座是地面供電模塊和有軌電車受電靴接觸的地方，位于受電靴最底部，通過(guò)其中永磁體將地面供電模塊當(dāng)中的柔性接觸帶吸上來(lái)，使柔性接觸帶連接電源正極，同時(shí)連接正極鋼板通過(guò)C 型板將電流傳輸?shù)绞茈娧ド厦?，從而達(dá)到為整車提供電能的作用。通過(guò)負(fù)極電刷和模塊之間的負(fù)極鋼板接觸回流。

受電靴與地面供電模塊正負(fù)極鋼板接觸導(dǎo)入電源供車輛運(yùn)行。受電靴由支架、排障器、護(hù)蓋和底座組成。底座由正負(fù)極電刷、強(qiáng)力磁鐵、導(dǎo)電桿和底座容器組成。蓋板、排障器與支架分別以液壓缸操作，設(shè)計(jì)理念采用導(dǎo)向安全設(shè)計(jì)，即無(wú)法動(dòng)作就恢復(fù)原狀［5］。

圖4 受電靴收起狀態(tài)

圖5 受電靴降下?tīng)顟B(tài)

1.3 地面供電模塊與受電靴匹配

受電靴與地面供電模塊是接近剛性的配合，地面供電模塊表面的少量沙土、雜物等不可避免的影響了受電靴受電狀況，即車輛處于牽引工況時(shí)，會(huì)發(fā)生受電靴瞬間離線情況，車輛會(huì)瞬時(shí)失去供電，導(dǎo)致車輛運(yùn)行瞬間頓挫，影響車輛的運(yùn)行質(zhì)量和乘坐的舒適性，同時(shí)，由于線路電感及車輛電抗器存在，在車輛大電流牽引的情況下，瞬間失電導(dǎo)致電流的變化率di/dt值很大，由公式：

可知，極大的電流變化產(chǎn)生極大過(guò)電壓，導(dǎo)致車輛內(nèi)部的電子器件和控制板卡被擊穿或者燒損，增加了車輛維護(hù)維修的成本，降低了運(yùn)營(yíng)和服務(wù)的質(zhì)量。車輛運(yùn)行中，用示波器采集到的車輛電壓波形如圖6 所示，波形不連續(xù)，會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)供電中斷。

圖6 受電靴電壓波形

地面供電模塊的鋪設(shè)并不是連續(xù)無(wú)縫的，在軌道道岔處、公路路口段以及發(fā)生故障的模塊處均可為無(wú)電區(qū)，車輛通過(guò)以上幾類區(qū)域時(shí)，需要另外供電，保證車輛順利通過(guò)，并保證電壓穩(wěn)定。

1.4 解決方法分析

地面供電模塊與車輛受電靴需緊密配合工作，在地面供電無(wú)電區(qū)處，以及供受電狀況不良時(shí)，就需要額外的供電瞬時(shí)投入，保證受電靴與地面供電相兼容。

為了穩(wěn)定車輛的供電電壓，在車輛主回路供電輸入（受電靴）側(cè)可以并聯(lián)增加受電靴電容器，實(shí)現(xiàn)輸入電壓穩(wěn)定，具體的電容參數(shù)需要通過(guò)計(jì)算確定。受電靴電容器的作用是穩(wěn)定車輛輸入電壓，并且維持車輛牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)工作一定的時(shí)間，同時(shí)電容狀態(tài)還可以反映出車輛受流狀態(tài)，當(dāng)車輛通過(guò)地面供電系統(tǒng)受流不良時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能切換使車載儲(chǔ)能供電系統(tǒng)投入工作，為車輛持續(xù)供電。當(dāng)車輛通過(guò)無(wú)電區(qū)或者車輛受流狀態(tài)良好時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能切換使車載儲(chǔ)能供電系統(tǒng)退出工作，并且逐漸控制完成受電靴電容器及車載儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電。

2 受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

受電靴儲(chǔ)能電容及其管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖7 所示，由受電靴電容、充放電控制器、控制微機(jī)、顯示屏、雙向DC 變換器、牽引超級(jí)電容模塊等部件組成。受電靴電容通過(guò)充放電控制器并聯(lián)于車輛供電輸入側(cè)，顯示屏作為該系統(tǒng)的人機(jī)界面，可以顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及運(yùn)行記錄，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置和操作等，控制微機(jī)通過(guò)控制充放電控制器完成對(duì)受電靴電容的充放電控制，同時(shí)可以檢測(cè)受電靴電容的工作狀態(tài)來(lái)反映車輛受電狀態(tài)，此外還可以根據(jù)需要控制車載儲(chǔ)能供電系統(tǒng)的投切。

圖7 受電靴儲(chǔ)能電容及其管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

2.2 受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)電路原理設(shè)計(jì)

根據(jù)圖7 受電靴儲(chǔ)能電容及其管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案的思路，開(kāi)展技術(shù)設(shè)計(jì)，提出了受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)電路原理，如圖8 所示，說(shuō)明見(jiàn)表1 所示，系統(tǒng)中顯示屏為人機(jī)界面，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息，維護(hù)人員或者司機(jī)可以實(shí)時(shí)通過(guò)顯示屏對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作控制，實(shí)現(xiàn)一系列的功能。系統(tǒng)每日初次投入運(yùn)用時(shí)，由有軌電車主斷路器后網(wǎng)側(cè)電壓傳感器V2 檢測(cè)有軌電車輸入電壓，控制微機(jī)會(huì)控制系統(tǒng)主開(kāi)關(guān)MC 閉合給受電靴電容充電至與網(wǎng)壓相等的電壓值，同時(shí)通過(guò)雙向DC 變換器給牽引超級(jí)電容模塊充電至額定值，當(dāng)現(xiàn)代有軌電車行駛至地面無(wú)電區(qū)時(shí)，首先由受電靴電容來(lái)支撐車輛牽引系統(tǒng)輸入電壓的穩(wěn)定，隨后由微機(jī)控制雙向DC 變換器啟動(dòng)牽引超級(jí)電容模塊為車輛提供電能。

圖8 受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)電路原理

表1 原理圖代號(hào)說(shuō)明

2.3 受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)部件選型設(shè)計(jì)

2.3.1 受電靴電容設(shè)計(jì)

受電靴電容需要瞬時(shí)補(bǔ)充車輛牽引功率，且工作頻率高，能量交換頻繁且較大，超級(jí)電容器具有快速充放電的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著充放次數(shù)的增加不會(huì)導(dǎo)致容量衰減，大功率大電流放電能力超強(qiáng)，能量損失小，過(guò)程發(fā)熱損耗少，功率密度大，能量密度中等優(yōu)點(diǎn)，選定超級(jí)電容作為受電靴電容和牽引超級(jí)電容模塊的基礎(chǔ)器件。

受電靴電容容量的確定首先應(yīng)考慮其供電能力和續(xù)航能力，同時(shí)也應(yīng)可解決瞬時(shí)性失壓故障。經(jīng)實(shí)測(cè)，現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行能耗曲線如圖9 所示，選取有軌電車大電流持續(xù)牽引工況下一段波形，持續(xù)時(shí)間6.2 s，此工況下網(wǎng)壓約為770 V，峰值牽引電流627.33 A，計(jì)算6.2 s 大牽引電流工況下的能耗約為0.66 kW·h，牽引峰值瞬時(shí)功率約為483 kW。

有軌電車在受電靴失壓后約5 s 后可以轉(zhuǎn)換啟動(dòng)牽引超級(jí)電容為車輛提供電能，但是在這5 s 內(nèi)需要受電靴電容支撐車輛的運(yùn)行供電，若剛好遇到大電流牽引的工況，則受電靴電容需要儲(chǔ)存足夠的能量和功率來(lái)支撐有軌電車的用電需求。

根據(jù)地面供電系統(tǒng)技術(shù)條件，選定超級(jí)電容額定電壓應(yīng)為900 V，受電靴電容儲(chǔ)存電能至少應(yīng)為0.66 kW·h（EC1=0.66 kW·h），根據(jù)電容能量計(jì)算公式：

計(jì)算所得受電靴電容容量C1=5.87 F。

功率儲(chǔ)能元件選型，確定的超級(jí)電容單體的主要參數(shù)是2.7 V，650 F。超級(jí)電容器單元334 個(gè)串聯(lián)連接以獲得電壓900 V、1.95 F 超級(jí)電容器模塊。三組額定電容為電壓900 V、容量為1.95 F 的電容并聯(lián)。獲得額定電壓為900 V 且額定電容為5.85 F 的超級(jí)電容器組作為受電靴電容器。

超級(jí)電容單體最大工作電流為600 A，超級(jí)電容組最大電流可達(dá)1 800 A，遠(yuǎn)超過(guò)峰值牽引電流627.33 A 的有軌電車需求，因此受電靴電容的功率密度可以滿足有軌電車瞬時(shí)大電流牽引的需求。

圖9 運(yùn)行能耗曲線圖

2.3.2 牽引超級(jí)電容模塊設(shè)計(jì)

（1）牽引超級(jí)電容模塊

有軌電車長(zhǎng)時(shí)間行駛于長(zhǎng)距離的地面無(wú)電區(qū)段時(shí)，受電靴超級(jí)電容電壓會(huì)持續(xù)下降，受電靴超級(jí)電容可反映車輛供電狀態(tài)，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)目前的地面供電區(qū)段是否在為有軌電車供電［6］。

在長(zhǎng)距離無(wú)電區(qū)中，控制微機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，使雙向DC 變換器和牽引超級(jí)電容模塊投入車輛供電狀態(tài)，為有軌電車提供牽引能量，在此工況下，有軌電車需要跨越至少2 個(gè)車站區(qū)間。

（2）車載儲(chǔ)能能量

根據(jù)車輛的空間、軸重等要求，預(yù)先開(kāi)展?fàn)恳?jí)電容模塊、雙向DC 變換器設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了兩組牽引超級(jí)電容模塊，每一牽引超級(jí)電容模塊由83 V、300 F 超級(jí)電容模組6 串4 并連接而成，每一牽引超級(jí)電容模塊額定電壓U2=498 V，容值200 F。

根據(jù)電容能量公式計(jì)算每一牽引超級(jí)電容模塊可存儲(chǔ)總電量6.889 kW·h。牽引超級(jí)電容模塊最低使用電壓為250 V，剩余存儲(chǔ)電量為1.736 kW·h，因此，每一牽引超級(jí)電容模塊有效可用電量為5.153 kW·h，兩組牽引超級(jí)電容模塊共可存儲(chǔ)有效電量10.306 kW·h。

（3）車輛耗能計(jì)算

①常規(guī)運(yùn)行模式核算

按照AW3載荷工況（車輛自重+所有就坐乘客總重量+9 人/m2下全部站立乘客的總重量，共63.2 t），按照最高運(yùn)行速度70 km/h，運(yùn)行中速度達(dá)到70 km/h 后保持勻速，車輛進(jìn)站停車或者在紅綠燈路口停車制動(dòng)的過(guò)程中，車輛優(yōu)先采用電制動(dòng)，其中車輛動(dòng)能產(chǎn)生的制動(dòng)能量80%回收至超級(jí)電容系統(tǒng)，由此計(jì)算得出：

有軌電車按照既定的運(yùn)行線路行駛過(guò)程中，在上行區(qū)間，車站3～車站4 的運(yùn)行區(qū)間，車輛從0 加速至70 km/h，保持勻速運(yùn)行，以70 km/h 速度運(yùn)行至擬減速線路點(diǎn)時(shí)，區(qū)間累計(jì)能耗最大7.87 kW·h，超級(jí)電容存儲(chǔ)10.306 kW·h，電能可以保證有軌電車通過(guò)各區(qū)間，運(yùn)行耗能計(jì)算見(jiàn)表2、表3。

站臺(tái)充電，超級(jí)電容充滿，最多需補(bǔ)充5.56 kW·h電能，按照雙受電靴供電，每一受電靴500 A 電流計(jì)算，充電功率750 kW，充滿電時(shí)間需要27 s，即車輛利用停站時(shí)間站站充電，最長(zhǎng)停車充電時(shí)間27 s，可以保證車輛運(yùn)行需求。

②車站充電故障情況核算

有軌電車行駛過(guò)程中，假設(shè)某一車站充電設(shè)施故障，導(dǎo)致車輛不?？寇囌竞蟛荒艿玫匠潆娧a(bǔ)給能量，有軌電車可以利用超級(jí)電容能量，最高限速30 km/h 運(yùn)行可以連續(xù)通過(guò)2 個(gè)區(qū)間。

按照最高運(yùn)行速度30 km/h，運(yùn)行中速度達(dá)到30 km/h 后保持勻速，車輛進(jìn)站停車或者在紅綠燈路口停車制動(dòng)的過(guò)程中，車輛優(yōu)先采用電制動(dòng)，其中的車輛動(dòng)能產(chǎn)生的制動(dòng)能量80%由車載儲(chǔ)能系統(tǒng)回收，運(yùn)行耗能計(jì)算見(jiàn)表4、表5；

有軌電車按照最高運(yùn)行速度30 km/h 連續(xù)運(yùn)行通過(guò)2 個(gè)區(qū)間，累計(jì)能耗最大8.751 kW·h，超級(jí)電容存儲(chǔ)10.306 kW·h 電能，可以保證站臺(tái)充電設(shè)備故障模式有軌電車通過(guò)2 個(gè)區(qū)間，至下一站臺(tái)充電補(bǔ)給能量。

連續(xù)運(yùn)行通過(guò)2 個(gè)區(qū)間，有軌電車在第二站臺(tái)充電，超級(jí)電容充滿，最多需要補(bǔ)充8.751 kW·h 電能，按照雙受電靴供電，每一受電靴500 A 電流計(jì)算，充電功率750 kW，充滿電時(shí)間需要42 s。

經(jīng)過(guò)核算車載儲(chǔ)能電容的能量是滿足車輛牽引運(yùn)用要求的。

（4）車輛功率需求計(jì)算

根據(jù)車輛牽引特性曲線，計(jì)算車輛功率需求，有軌電車AW3 工況最大輪周功率為534.7 kW，按照電機(jī)效率95%，變流器效率98%核算，車輛輔助功率75 kW，供電側(cè)功率需求為649.3 kW；每組超級(jí)電容系統(tǒng)輸出功率最大可以達(dá)到350 kW，兩組可以提供700 kW 峰值功率，牽引超級(jí)電容模塊滿足車輛牽引和輔助功率需求。

表2 70 km/h 上行區(qū)間能耗表

表3 70 km/h 下行區(qū)間能耗表

（5）牽引超級(jí)電容模塊工程設(shè)計(jì)

車輛配置兩組相同牽引超級(jí)電容模塊，有效電量總和8.778 kW·h，單組牽引超級(jí)電容模塊具體參數(shù)見(jiàn)表6。

表4 30 km/h 上行區(qū)間能耗表

表5 30 km/h 下行區(qū)間能耗表

表6 牽引超級(jí)電容模塊參數(shù)

2.3.3 受電靴電容限流電阻的設(shè)計(jì)

由于受電靴電容容量很大，在初充電的過(guò)程中，在該電路支路中串聯(lián)接入合適的電阻，可以有效的限制充電電流值，當(dāng)充電接近飽和時(shí)，控制接觸器SCC 閉合，PCC 斷開(kāi)，預(yù)充電電路短路，系統(tǒng)正常運(yùn)行［7］。預(yù)充電電路原理如圖10 所示。

預(yù)充電電阻參數(shù)的設(shè)計(jì)，需要考慮電阻自身的溫度漂移和阻值公差，還有電流通過(guò)能力，包括整個(gè)回路中的大功率元器件的電流大小，充電周期等因素。

根據(jù)預(yù)充電電阻的工作過(guò)程推導(dǎo)，正常情況下，充電過(guò)程中電容電壓公式為式（1）：

其中：τ=R·C

通過(guò)預(yù)充電電阻的電流公式為式（2）：

正常狀態(tài)下預(yù)充電過(guò)程中的電阻功率損耗公式為式（3）：

圖10 預(yù)充電電路原理

選擇時(shí)間常數(shù)t=3τ 作為一個(gè)完整的充電周期，電阻損耗也選擇一個(gè)充電周期來(lái)計(jì)算。為了達(dá)到限制電流的作用，選定電阻的阻值R=4 Ω，供電系統(tǒng)電壓Us≤900 V，因此，在初充電瞬間，預(yù)充電電流應(yīng)不大于225 A，則應(yīng)選擇額定電流不小于225 A的電阻R。時(shí)間常數(shù)τ=R·C=4×5.87=23.5 s，一個(gè)完整的充電周期電阻功率損耗：

電阻瞬時(shí)最大功率：

由上述計(jì)算結(jié)果，選定電阻參數(shù)應(yīng)為：R=4 Ω，瞬時(shí)功率P=210 kW，一個(gè)充電周期（23.5 s）內(nèi)可消耗1.32 kW·h 能量的電阻器。

2.4 系統(tǒng)參數(shù)

受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)主要部件技術(shù)參數(shù)如下：

（1）受電靴超級(jí)電容：

3 樣機(jī)試制及應(yīng)用

基于以上的系統(tǒng)總體方案的研究、系統(tǒng)工作原理、車載儲(chǔ)能能量核算、功率核算，并且根據(jù)提出的設(shè)計(jì)方案與計(jì)算分析等，開(kāi)展工程化設(shè)計(jì)，形成了設(shè)計(jì)施工圖紙、技術(shù)文件、試驗(yàn)大綱等系列技術(shù)資料。

在樣機(jī)的工程化設(shè)計(jì)與工藝分析、研制過(guò)程中，全方位的將工程實(shí)際中對(duì)于運(yùn)營(yíng)維護(hù)的需要納入考慮。安裝位置和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)考慮了RAMS 要求，為便于維護(hù)人員檢查及保證作業(yè)安全，進(jìn)行了系統(tǒng)安全放電的功能設(shè)計(jì)，在車輛段內(nèi)檢修系統(tǒng)相關(guān)部件，需預(yù)先放掉電容儲(chǔ)存電能，保證操作安全。

受電靴儲(chǔ)能電容系統(tǒng)在有軌電車上進(jìn)行了試裝車。

（1）受電靴超級(jí)電容安裝

受電靴超級(jí)電容安裝于有軌電車司機(jī)室上方，司機(jī)室空調(diào)旁，受電靴超級(jí)電容采用密閉式結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65，適應(yīng)環(huán)境溫度范圍-25 ℃～65 ℃，如圖11 所示。

（2）限流電阻安裝

根據(jù)車輛的空間，考慮電阻本身的工程防護(hù)以及散熱需求，將限流電阻安裝于車頂縱向中心線附近，如圖12 所示。

（3）充放電控制器

充放電控制器安裝于車輛司機(jī)室頂部，充放電控制器采用自通風(fēng)散熱、冷卻結(jié)構(gòu)，防護(hù)等級(jí)可達(dá)到IP65，滿足車輛環(huán)境要求，如圖13 所示。

（4）控制微機(jī)

控制微機(jī)是系統(tǒng)的管理者，通過(guò)采集系統(tǒng)中各部分電壓、電流等模擬量數(shù)據(jù)和開(kāi)關(guān)量信息，通過(guò)邏輯運(yùn)算，完成受電靴電容的充電和放電控制，完成牽引超級(jí)電容與雙向DC 變換器的投入、退出控制，實(shí)現(xiàn)有軌電車網(wǎng)側(cè)電壓穩(wěn)定，完成有軌電車多種供電模式的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換控制，實(shí)現(xiàn)有軌電車回段后檢修前的安全放電控制功能。控制微機(jī)安裝于車輛客室內(nèi)，控制微機(jī)的設(shè)計(jì)便于觀察、操作、檢修和維護(hù)，如圖14 所示。

（5）顯示屏

顯示屏安裝于司機(jī)室內(nèi)，顯示系統(tǒng)的實(shí)時(shí)電壓、電流、車輛耗電、系統(tǒng)各主要開(kāi)關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)。目前的車輛供電來(lái)源，還可以通過(guò)顯示屏操作來(lái)完成TCU、TCMS、BCU 等部件的故障復(fù)位功能。顯示屏界面簡(jiǎn)單易懂，方便司機(jī)的觀察和操作，如圖15 所示。

圖11 受電靴超級(jí)電容安裝

圖12 限流電阻安裝

圖13 充放電控制器

圖14 控制微機(jī)

圖15 顯示屏

4 結(jié) 論

介紹了地面供電系統(tǒng)、地面供電模塊工作原理與車輛受電靴工作原理，通過(guò)對(duì)地面供電有軌電車運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的受電靴瞬間離線、車輛通過(guò)無(wú)電區(qū)等應(yīng)用情況，引出車輛瞬時(shí)失壓，車輛運(yùn)行頓挫，影響車輛的運(yùn)行質(zhì)量和乘坐舒適性，并且有損壞車輛設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，提出了技術(shù)解決方案，并依此開(kāi)展了如下工作：

依據(jù)有軌電車的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算了有軌電車功率及運(yùn)行能耗，完成了受電靴儲(chǔ)能電容及其管理系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，完成了電路原理設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算確定了受電靴電容、牽引超級(jí)電容、雙向DC 變換器、受電靴電容限流電阻的參數(shù)和選型。

完成了受電靴儲(chǔ)能電容模塊、牽引超級(jí)電容模塊、雙向DC 變換器模塊、受電靴電容限流電阻、充放電控制器、控制微機(jī)、顯示屏模塊的工程化設(shè)計(jì)和試制。

完成了受電靴電容系統(tǒng)的裝車，提高了有軌電車運(yùn)行的可靠性，大幅降低了故障停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)，取得良好的應(yīng)用效果。