新型冷链运输列车供电系统研究

彭自坚 陈湘

摘要：针对目前铁路冷链物流供电方式局限性 ，本文结合电力机车及冷链物流运输的特点提出了一种新型冷链运输列车供电系统，详细的介绍了该系统工作原理、关键参数计算，为后续机车冷链物流供电系统设计提供了借鉴。

关键词：列车供电系统;AC380V; 冷链运输

0  引言

随着我国经济社会发展和人民群众生活水平不断提高，冷链物流需求日趋旺盛，市场规模不断扩大，冷链物流行业实现了较快发展。对比传动公路和航空冷链运输，铁路冷链物流运输具有运量大，成本低等特点。同时铁路相比公路小公司运营具备更严格的质量管理。

目前铁路冷链物流列车供电为单一的供电形式，主要有发电车AC380V集中供电和柴电一体冷藏集装箱自供电。

发电车AC380V集中供电采用机车加挂一节柴油发电车对冷藏集装箱进行集中供电，输出三相交流380V/50Hz电源。此方式发电车需要占用一节列车编组位置，需要专人值守，存在运用成本高，环境污染大等缺点，柴油发电还存在机车燃油泄露，有一定的火灾隐患。

柴电一体冷藏集装箱为每个冷藏集装箱自带柴油发电机进行自供电。此方式使用灵活，编组方便，但冷藏箱自重大，载重小，环境污染大且一般只适合短距离运输。

为了解决现有铁路冷链物流供电方式的局限性，在电力机车上增加混合动力冷链运输供电系统以提高冷链物流列车的适应性。列车供电系统正常工作时采用电力机车AC380V为冷藏车箱供电，在无电区或机车供电故障情况下才采用蓄电池供电。蓄电池组常处于待机状态，避免蓄电池组的频繁充放电而降低系统使用寿命。蓄电池组只作为应急供电，所需容量比单蓄电池供电方式容量小很多。有效降低蓄电池体积和成本。且由于蓄电池采用电力机车380V电源充电，无需额外的充电时间，提高使用效率。同时也省去了单蓄电池供电方式需要配套的充电桩，有效的降低系供电统成本。

1  工作原理

1.1 电气系统参数

电力机车新型混合动力冷链运输列车供电系统如图1所示，正常工作时采用电力机车输出3AC380V为冷藏车厢供电，在无电区或机车供电故障情况下才采用蓄电池供电。该系统的主电路为整流单元+逆变单元+隔离滤波单元+冷藏集装箱自带蓄电池单元，系统输出稳定的AC380V电源。

主要参数：

额定输入电压：AC860V/50Hz

额定输出电压：3AC400V/50Hz

控制精度：±5%

输出电压谐波含量：≤5%

效率：≥90%

1.2 主電路说明

牵引变压器从25kV弓网取电，整流单元将输入的单相交流电转变为直流电，中间直流滤波单元对直流电压进行滤波和稳压，逆变单元3将直流电逆变成三相交流电，然后通过隔离变压4进行隔离降压，利用变压器4的阻抗与电容C2组成滤波电路对输出交流电压进行滤波处理，使其输出稳定正弦的AC380V电源。隔离变压器能避免前端的异常高压传递到冷藏车箱，使用电设备更加安全可靠。

AC380V电源通过车端供电连接器连接至冷藏车箱的380V贯通母线，每一节冷藏车箱单独从380V贯通母线取电，闭合交流接触器KM2后，AC380电源直接为负载制冷机组7供电。同时也可通过双向整流/逆变单元5将交流整流成直流电向蓄电池组6充电。

当在无电气化铁路条件或机车供电故障需要蓄电池供电时候，断开交流接触器KM2，蓄电池组7进行放电经过双向整流/逆变单元5将直流逆变成AC380V后给负载制冷机组7供电。

1.3 关键器件选型说明

1.3.1 IGBT元件选型说明

额定输出功率为300kW，其最大输出电流可以按下式计算：

式中：P——额定输出功率;U1——模块额定输入电压;？茁1——模块最小输入电压系数;？浊1——功率因数;？浊2——效率。

逆变器元件电压定额按下式计算：

式中：Ud——输出直流电压有效值;K1——过电压系数;USP——元件关断时的尖峰电压;K2——安全系数。

逆变器元件电流定额按下式计算：

式中：IO——模块最大电流有效值;？琢1——电流尖峰系数;？琢2——温度降额系数;？琢3——过载系数。

采用额定电压3300V、额定电流1200A的IGBT元件可以满足系统设计要求。

1.3.2 支撑电容纹波电流计算

根据文献[3]，电容纹波电流有效值为：

式中：？姿—Δu/U;Δu—直流母线电压动;U—电容两端纹波电压值;fs—整流输出频率;tc、tf—直流母线电容充、放电时间;IO.rms—逆变输出电流额定值;M—调制比;cos ？渍—功率因数。

2  结束语

本文针对目前列车冷链物流供电系统的局限性，结合电力机车及冷链物流运输的特点，介绍一种新型冷链运输列车供电系统，详细的介绍了该系统工作原理、关键参数计算，为后续机车冷链物流供电系统设计提供了借鉴。

参考文献：

[1]林辉，王辉.电力电子技术[M].武汉：武汉理工大学出版社，2002.

[2]蔡杰，陈湘，李自然，等.动力集中动车组DC600V列车供电装置研制[J].机车电传动，2017（5）：44-47.

[3]王世平，陈燕平，熊辉，等.DC-link纹波电流分析与研究  [J].机车电传动，2016（1）：35-37.

[4]赵玉玲，康明明，陈勇，成本权.快捷货运电力机车与货车供电匹配技术方案研究[J].内燃机与配件，2019（09）：225-227.

作者简介：彭自坚（1985-），男，湖南湘潭人，现为株洲中车时代电气轨道交通技术中心工程师，研究方向为列车供电系统。