新型冷鏈運輸列車供電系統研究

彭自堅 陳湘

摘要：針對目前鐵路冷鏈物流供電方式局限性 ，本文結合電力機車及冷鏈物流運輸的特點提出了一種新型冷鏈運輸列車供電系統，詳細的介紹了該系統工作原理、關鍵參數計算，為后續機車冷鏈物流供電系統設計提供了借鑒。

關鍵詞：列車供電系統;AC380V; 冷鏈運輸

0 ?引言

隨著我國經濟社會發展和人民群眾生活水平不斷提高，冷鏈物流需求日趨旺盛，市場規模不斷擴大，冷鏈物流行業實現了較快發展。對比傳動公路和航空冷鏈運輸，鐵路冷鏈物流運輸具有運量大，成本低等特點。同時鐵路相比公路小公司運營具備更嚴格的質量管理。

目前鐵路冷鏈物流列車供電為單一的供電形式，主要有發電車AC380V集中供電和柴電一體冷藏集裝箱自供電。

發電車AC380V集中供電采用機車加掛一節柴油發電車對冷藏集裝箱進行集中供電，輸出三相交流380V/50Hz電源。此方式發電車需要占用一節列車編組位置，需要專人值守，存在運用成本高，環境污染大等缺點，柴油發電還存在機車燃油泄露，有一定的火災隱患。

柴電一體冷藏集裝箱為每個冷藏集裝箱自帶柴油發電機進行自供電。此方式使用靈活，編組方便，但冷藏箱自重大，載重小，環境污染大且一般只適合短距離運輸。

為了解決現有鐵路冷鏈物流供電方式的局限性，在電力機車上增加混合動力冷鏈運輸供電系統以提高冷鏈物流列車的適應性。列車供電系統正常工作時采用電力機車AC380V為冷藏車箱供電，在無電區或機車供電故障情況下才采用蓄電池供電。蓄電池組常處于待機狀態，避免蓄電池組的頻繁充放電而降低系統使用壽命。蓄電池組只作為應急供電，所需容量比單蓄電池供電方式容量小很多。有效降低蓄電池體積和成本。且由于蓄電池采用電力機車380V電源充電，無需額外的充電時間，提高使用效率。同時也省去了單蓄電池供電方式需要配套的充電樁，有效的降低系供電統成本。

1 ?工作原理

1.1 電氣系統參數

電力機車新型混合動力冷鏈運輸列車供電系統如圖1所示，正常工作時采用電力機車輸出3AC380V為冷藏車廂供電，在無電區或機車供電故障情況下才采用蓄電池供電。該系統的主電路為整流單元+逆變單元+隔離濾波單元+冷藏集裝箱自帶蓄電池單元，系統輸出穩定的AC380V電源。

主要參數：

額定輸入電壓：AC860V/50Hz

額定輸出電壓：3AC400V/50Hz

控制精度：±5%

輸出電壓諧波含量：≤5%

效率：≥90%

1.2 主電路說明

牽引變壓器從25kV弓網取電，整流單元將輸入的單相交流電轉變為直流電，中間直流濾波單元對直流電壓進行濾波和穩壓，逆變單元3將直流電逆變成三相交流電，然后通過隔離變壓4進行隔離降壓，利用變壓器4的阻抗與電容C2組成濾波電路對輸出交流電壓進行濾波處理，使其輸出穩定正弦的AC380V電源。隔離變壓器能避免前端的異常高壓傳遞到冷藏車箱，使用電設備更加安全可靠。

AC380V電源通過車端供電連接器連接至冷藏車箱的380V貫通母線，每一節冷藏車箱單獨從380V貫通母線取電，閉合交流接觸器KM2后，AC380電源直接為負載制冷機組7供電。同時也可通過雙向整流/逆變單元5將交流整流成直流電向蓄電池組6充電。

當在無電氣化鐵路條件或機車供電故障需要蓄電池供電時候，斷開交流接觸器KM2，蓄電池組7進行放電經過雙向整流/逆變單元5將直流逆變成AC380V后給負載制冷機組7供電。

1.3 關鍵器件選型說明

1.3.1 IGBT元件選型說明

額定輸出功率為300kW，其最大輸出電流可以按下式計算：

式中：P——額定輸出功率;U1——模塊額定輸入電壓;？茁1——模塊最小輸入電壓系數;？濁1——功率因數;？濁2——效率。

逆變器元件電壓定額按下式計算：

式中：Ud——輸出直流電壓有效值;K1——過電壓系數;USP——元件關斷時的尖峰電壓;K2——安全系數。

逆變器元件電流定額按下式計算：

式中：IO——模塊最大電流有效值;？琢1——電流尖峰系數;？琢2——溫度降額系數;？琢3——過載系數。

采用額定電壓3300V、額定電流1200A的IGBT元件可以滿足系統設計要求。

1.3.2 支撐電容紋波電流計算

根據文獻[3]，電容紋波電流有效值為：

式中：？姿—Δu/U;Δu—直流母線電壓動;U—電容兩端紋波電壓值;fs—整流輸出頻率;tc、tf—直流母線電容充、放電時間;IO.rms—逆變輸出電流額定值;M—調制比;cos ？漬—功率因數。

2 ?結束語

本文針對目前列車冷鏈物流供電系統的局限性，結合電力機車及冷鏈物流運輸的特點，介紹一種新型冷鏈運輸列車供電系統，詳細的介紹了該系統工作原理、關鍵參數計算，為后續機車冷鏈物流供電系統設計提供了借鑒。

參考文獻：

[1]林輝，王輝.電力電子技術[M].武漢：武漢理工大學出版社，2002.

[2]蔡杰，陳湘，李自然，等.動力集中動車組DC600V列車供電裝置研制[J].機車電傳動，2017（5）：44-47.

[3]王世平，陳燕平，熊輝，等.DC-link紋波電流分析與研究 ?[J].機車電傳動，2016（1）：35-37.

[4]趙玉玲，康明明，陳勇，成本權.快捷貨運電力機車與貨車供電匹配技術方案研究[J].內燃機與配件，2019（09）：225-227.

作者簡介：彭自堅（1985-），男，湖南湘潭人，現為株洲中車時代電氣軌道交通技術中心工程師，研究方向為列車供電系統。