地铁辅助电源及其监控系统的研究与实现

【摘要】地铁车辆上除为牵引电机供电的牵引变流系统外,也有为车辆上各种负载提供电能的辅助电源系统(APS)。辅助电源系统是整个地铁车辆系统的重要组成部分,又可分为交流电源系统(SIV)和直流电源系统(BCU)。交流电源系统(SIV)为车辆客室空调机组、空压机、交流照明、通风装置、电加热器等交流负载提供三相交流和单相交流电源；直流电源系统(BCU)为直流照明、车载各系统控制电路、车载信号与通信设备、电动车门以及蓄电池组等直流负载提供直流电源。辅助电源监控模块作为列车控制与管理系统(TCMS)的组成部分,其主要作用在于能够实时监控APS的工作状态,及时发现和诊断故障,极大方便对辅助电源设备维护和管理。辅助电源及监控模块工作的安全性、可靠性对车辆正常运营具有重要影响。本文首先对地铁辅助电源的逆变部分和整流部分的几种电路拓扑结构进行了比较,针对本文辅助电源的供电特点,选取了12脉冲加变压器隔离的逆变方案和三相全控整流的整流方案,确定了本文辅助电源的整体结构。并对该方案进行了仿真研究,结果表明,该方案具有谐波含量小等较好的输出特性,控制较为简单等优点。对SIV的闭环控制策略进行了研究,针对传统电压有效值PI闭环控制存在当负载切换或母线电压波动时输出电压波动大、谐波含量较高的问题,增加电压瞬时值内环和前馈控制环节。仿真实验表明带前馈补偿的双闭环PI控制使SIV输出电压有效值的波动比传统PI控制有明显减小；同时为使系统有更好的输出特性,在带前馈补偿的双闭环PI控制策略的基础上,增加模糊推理机对PI控制器参数进行自适应调节,仿真结果表明该控制策略极大提高了系统的稳定性和自适应能力。其次,参考韩国现代乐铁公司APS系统,设计了基于VME总线的7电路板辅助电源控制系统硬件结构。以最大限度地减少硬件数量、提高各控制模块的独立性和模块间通讯容错率为目标,实现电路结构的优化整合。进而,基于模块化思想对辅助电源监控软件进行了设计。监控软件分为三大模块：通信层、数据层和界面层。通信层采用MVB总线及协议实现与下位机监控单元的数据传输。数据层采用双缓存机制实现运行和故障记录等实时数据的缓存和磁盘数据文件的管理。界面层通过数据层接口获取所需数据,实现运行和故障记录数据的实时显示和回放,以及参数的上传和下载,并能以状态和曲线的形式显示以上各类数据。最后基于湘潭电机股份有限公司制造的地铁辅助电源实验平台,验证了本文提出的地铁辅助电源控制方案及监控系统,系统联调和测试表明实验样机和监控软件工作稳定,辅助电源输出波形质量好,监控软件满足实时性和有效性要求。
【作者】邹辉；
【导师】廖迎新；
【作者基本信息】中南林业科技大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】地铁辅助电源；逆变器；整流器；自适应模糊控制；双闭环控制；监控系统；

【参考文献】
[1]李峰,周光敏,王大伟,裴松峰,成会明.高性能锂硫电池的碳硫复合结构及器件设计[A].中国化学会.中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会：能源纳米科学与技术[C].中国化学会:,2014:1.
[2]王巧娜.我国高技术产业省际知识溢出[D].浙江工业大学,2012.
[3]谢红梅,林芝.互动式教学在“职业生涯规划”课程教学实践中的应用[J].中国大学生就业,2014,02:51-54+60.
[4]邓富求,李远宏,欧泽芬.延拓校正法[J].石油地球物理勘探,1984,03:224-238.
[5]赵科.基于虚拟仪器的现场动平衡测试仪的开发[D].浙江大学,2002.
[6]李昂.山东广电网络有限公司数字电视业务竞争战略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[7]关有俊.含碳物质的电弧等离子体热解研究[D].太原理工大学,化学工艺,2004,硕士.
[8]黄芳.中国农村居民消费的时间偏好研究[D].湖北大学,西方经济学,2011,硕士.
[9]丁玉萍,吕冬云,吴玉德.保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌发酵豆乳促进生长剂的研究[J].食品与发酵工业.2005(12)
[10]李小天.我国上市公司关联交易的法律分析[D].兰州大学,民商法学（专业学位）,2013,硕士.
[11]吴晶晶.葡萄籽油制备工艺及其质量控制的研究[D].宁夏大学,化学工程（专业学位）,2014,硕士.
[12]刘永波.我国农业保险发展及其支持政策研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[13]任燕.当前农村学生营养餐供餐模式研究[D].华中师范大学,教育学原理,2014,硕士.
[14]张璠.十字花科植物的DNA条形码研究[D].山东师范大学,植物学,2013,硕士.
[15]郑权.基于线性叠加法的氧化铝厂供电系统短路电流计算[D].东北大学,电气工程,2010,硕士.
[16]王志霞.抗血吸虫化合物的合成与活性化合物的作用机制研究[D].苏州大学,药物化学,2013,硕士.
[17]钟伟才,刘静,焦李成.多智能体遗传算法用于线性系统逼近[J].自动化学报,2004,06:933-938.
[18]本报记者李春莲.力合股份沾上石墨烯第六元素尚未形成规模化生产[N].证券日报,2011-06-23A01.
[19]闻晶.基于PLC的弹簧整定机控制系统的设计[D].西南交通大学,机械电子工程,2013,硕士.
[20]李玲.新中国会计核算制度改革变迁史[D].中国海洋大学,会计学,2003,硕士.
[21]林峰.机床开放式数控系统的研究[D].浙江工业大学,2004.
[22]张玉.犹太教正统派对犹太复国主义运动的立场探析[D].山东大学,宗教学,2013,硕士.
[23]武晓媛.城市社区思想政治教育工作研究[D].中北大学,思想政治教育,2014,硕士.
[24]包娟.中国城镇居民主要食物消费的净碳排放估算与趋势分析[D].南京农业大学,农业经济管理,2012,硕士.
[25]王冶.钙拮抗剂三氟拉嗪对兔耳增生性瘢痕作用的研究[D].佳木斯大学,口腔临床医学（专业学位）,2014,硕士.
[26]孙超.消费者对社交网络平台采纳行为研究[D].北京邮电大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[27]周瑶.臭氧对土壤中百菌清去除效果研究[D].吉林农业大学,环境工程,2012,硕士.
[28]侯嘉励.“非常规”物理实验与日本“制物”教育有机结合研究[D].内蒙古师范大学,课程与教学论,2012,硕士.
[29]李沂颖.生态环境教育在小学语文课程教学中的渗透与实施[D].郑州大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[30]姜芳婷.薄层烧结Ni或SS-316L纤维上碳纳米管（CNTs）的生长、表征及应用探索研究[D].华东师范大学,2010.
[31]刘晓华.我国民事诉讼侵害阻断制度研究[D].辽宁大学,诉讼法学,2012,硕士.
[32]郎琴.古埃及单位分数表的古证复原[D].山西师范大学,基础数学,2013,硕士.
[33]张蓉.RES对添加有bFGF的小鼠B16黑素瘤细胞的细胞增殖及黑素生成的影响[D].湖南中医药大学,中医皮肤性病学,2013,硕士.
[34]付晓晨.金融中介发展与出口增长二元边际[D].山东财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[35]孟灿.交通银行山东省分行发展个人高端客户的竞争战略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[36]孙晓霞.数字档案备份模式的研究[D].苏州大学,档案学,2013,硕士.
[37]张弥,吴国青,吴小辰,何光宇,柳明,陈辉祥,陈志刚.“数字南方电网”构想[J].电力系统自动化,2007,23:94-98+103.
[38]叶家楷.脑梗死患者急性期白细胞计数、中性粒细胞比率和红细胞沉降率与研究结局的关系[D].苏州大学,流行病与卫生统计学,2013,硕士.
[39]李钟平.碳纳米管负载钴、镍硫化物催化剂电解水析氧的研究[D].华南理工大学,2014.
[40]陈延斌.肺炎衣原体感染与呼吸系统疾病的相关性研究[D].苏州大学,呼吸内科学,2003,硕士.
[41]刘洁琳.中国学习者英语口头叙事中的动词方位构式研究[D].北京外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[42]姜珊珊.I公司人力资源配置的问题与对策研究[D].大连理工大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[43]曹兴进.农田生态系统多功能价值评估[D].南京农业大学,技术经济及管理,2011,硕士.
[44]尹玲桃.糖尿病并发抑郁症细胞模型的建立及中药保护作用[D].湖南中医药大学,中药学,2014,硕士.
[45]孙艳.PPAR-γ激动剂Pioglitazone在血管平滑肌细胞中调节KLF4表达的分子机制研究[D].河北医科大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[46]张彦方.当代中国网络反腐的法律问题分析[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[47]关欣.小学低年级英语游戏教学存在问题及对策研究[D].东北师范大学,小学教育,2012,硕士.
[48]朱王璋.多源海量地理栅格数据库引擎技术研究[D].北京建筑大学,地图制图学与地理信息工程,2013,硕士.
[49]徐人杰.新世纪公司发展战略研究[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[50]王焕轶.我国高校教师自由流动问题研究[D].浙江师范大学,教育经济与管理,2004,硕士.