[发明专利]考虑开关损耗的城轨车辆辅助变流器及运行策略优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑开关损耗的城轨车辆辅助变流器运行策略优化方法，城轨车辆辅助变流器包括依次连接的电源输入端、LLC谐振变换器、逆变电路、输出滤波网络和三相负载。LLC谐振变换器包括斩波电路、谐振网络和整流电路，通过谐振网络使得负载从零到满载都可以工作在零开关状态，同时利用谐振网络减小了开关管的开关损耗，抑制了尖峰电流和尖峰电压。斩波电路由半桥三电平电路构成，使得开关管的电压应力减小。本发明采用移相控制和变频控制相结合的方法，控制能量高效转化的基础上，实现较窄的变频范围，从而获得较宽的直流电压增益。

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种考虑开关损耗的城轨车辆辅助变流器及运行策略优化方法。

背景技术

随着城市化进程的推进、人们生活质量的提升，城市交通的压力逐渐增大。而轨道交通车辆作为人们的出行方式之一，大大缓解了城市交通压力，为实现节能减排、绿色出行做出重要贡献。辅助变流系统作为城市轨道交通的重要组成部分之一，负责将直流牵引网引入的1500V直流电转换为380V三相交流电，为辅助用电设备供电，如冷却风机、空调、电加热、充电机、空压机等交流负载。其中充电机为蓄电池组供电，并为车载各系统控制电路、电动车门及直流照明等直流负载供电。因此，辅助变流器是轨道交通不可或缺的关键电气设备之一。

随着电力电子技术的不断发展，辅助变流器逐渐呈现出了模块化和数字化的特点，同时具备了较好的输出能力和带负载能力。在其进一步发展的同时也面临着一些问题：由于诸如地铁辅助变流器从牵引网取1500V的直流电，但是其波动范围可以在1000V～1800V，甚至峰值电压可以达到1950V。为了让地铁辅助变流器做到适应不同的地铁运行工况，在设计上就要使其在输入电压波动范围较大的情况下保持稳定的输出。并且，当负载突然发生变化时，为避免输出电压波动较大，如何使辅助变流器可以稳定的提供电能也是目前所面临的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种考虑开关损耗的城轨车辆辅助变流器及运行策略优化方法，降低开关损耗的同时，降低元器件的高电压应力，以及解决输入电压范围波动变化情况下输出难稳定的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种考虑开关损耗的城轨车辆辅助变流器，包括依次连接的LLC谐振变换器、逆变电路和输出滤波网络；所述LLC谐振变换器包括依次连接的斩波电路、谐振网络和整流电路；所述斩波电路与电源连接；所述整流电路连接所述逆变电路。

所述斩波电路采用半桥三电平电路；优选地，所述斩波电路用于将直流电压变为方波电压。

所述谐振网络包括高频变压器T、谐振电感L_r、励磁电感L_m和谐振电容C_r；所述高频变压器T包括三个绕组，第一绕组n₁作为原边绕组，第二绕组n₂和第三绕组n₃串联作为副边绕组；所述第一绕组n₁与励磁电感L_m并联，谐振电感L_r的一端与第一绕组n₁的同名端连接，谐振电感L_r的另一端与第二开关管Q₂的发射极连接；所述谐振电容C_r的一端与第一绕组n₁的非同名端连接，所述谐振电容C_r的另一端与第一分压电容C₁₂、第二分压电容C₃₂的中点连接。

所述整流电路采用全波整流电路，用于将方波电压整流为直流电压。

本发明还提供了一种上述辅助变流器的运行策略优化方法，当输入电压大于DC1500V时，采用移相调制方法控制辅助变流器工作；当输入电压小于DC1500V时，采用变频调制方法控制辅助变流器工作。