專利名稱：全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及鐵路信號電源屏，特別涉及的是一種全高頻無切換接點的鐵路 信號智能電源屏。
背景技術(shù)：
我國鐵路運輸向高速、高密、重載發(fā)展，需要現(xiàn)代化鐵路信號設備相適 應。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn) 了自動化程度更高，控制范圍更大，更集中化的新型信號系統(tǒng)，他們具有網(wǎng) 絡化、綜合化、智能化的特點。顯然，對信號設備提供動力的鐵路信號電源 屏提出了更高的要求。它要求信號電源不僅更安全，更可靠，而且智能化程
度更高。本公司與廣州鐵路電務工廠共同研發(fā)的PZXG1型鐵路信號智能電源 屏是一種全部采用電力電子技術(shù)及計算機技術(shù)的無切換觸點的靜態(tài)供電系 統(tǒng)，真正做到輸入輸出全部實現(xiàn)零中斷供電。交、直流電源模塊全部經(jīng)過 AC-DC-AC (或AC-DC)高頻變換，真正實現(xiàn)模塊化，均能并聯(lián)均流工作， 智能監(jiān)測功能完善。成為一種高精度、高效率、高功率因數(shù)、高可靠性、低 溫升、低失真度、低噪音、節(jié)能環(huán)保、維護簡便，能滿足各種現(xiàn)代鐵路信號 設備用電要求的新一代鐵路信號智能電源屏。它使鐵路信號智能電源屏實現(xiàn) 了新的跨越。
一、鐵路信號電源屏發(fā)展歷程和現(xiàn)狀
我國鐵路信號電源，從20世紀60年代后期，進入了一個不斷改進，逐 漸完善，不斷發(fā)展的新的歷史時期，出現(xiàn)了信號電源屏。并且隨著時間的推 移，逐步形成門類齊全的信號電源系列。然而，各型電源屏的改進和發(fā)展(除 三相交流轉(zhuǎn)換機，25Hz軌道電源屏)主要是采用不同的交流穩(wěn)壓器。早期的電源屏曾采用過飽和電抗器、自耦變壓器式穩(wěn)壓器等交流穩(wěn)壓設 備，它們穩(wěn)壓性能較差，或因可靠性不高，于20世紀70年代改用感應調(diào)壓
器進行交流穩(wěn)壓；20世紀90年代又采用參數(shù)穩(wěn)壓器，無觸點式穩(wěn)壓器進行穩(wěn) 壓。在穩(wěn)壓性能方面有所改進。因此第一代電源屏是隨著交流穩(wěn)壓器的工頻 電磁技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的。
最重要的發(fā)展是從2000年開始，出現(xiàn)了智能電源屏。因為隨著鐵路運輸 現(xiàn)代化迅猛發(fā)展，鐵路信號技術(shù)和設備有了長足的進步，而供電設備卻嚴重 滯后于信號技術(shù)的發(fā)展。原有鐵路信號電源盡管有所改進，但是采用傳統(tǒng)工 頻電磁技術(shù)，供電系統(tǒng)龐大、效率低、可靠性不高、智能化程度低，列車行 車安全存在隱患，已明顯不能適應現(xiàn)代信號技術(shù)的發(fā)展，急需更新?lián)Q代。在 這種情況下，采用電力電子技術(shù)及計算機技術(shù)的新一代鐵路信號智能電源屏 應運而生，并且獲得迅速的發(fā)展，這是信號電源技術(shù)的重大進步。
智能電源屏又有一個不斷深化不斷改進的發(fā)展過程。從電源屏中主電路的 組合技術(shù)來看，分別有采用工頻電磁技術(shù)的智能電源屏、工頻電磁技術(shù)和高 頻電力電子技術(shù)相結(jié)合的智能電源屏、全高頻電力電子技術(shù)的智能電源屏。 (1)采用工頻電磁技術(shù)的智能電源屏。
這種電源屏是指電源的穩(wěn)壓、整流、分頻、隔離部分，均采用基于工頻 電磁系統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓器、相控整流器、鐵磁分頻器、E (R)型隔離變壓器等 器件組成，它是在原電源屏的基礎上增加了監(jiān)測功能，對能夠模塊化的部分 進行了模塊化。在主電路系統(tǒng)中，兩路電源以一主一備的切換方式工作，各 輸出電源模塊為1+1方式備用。
這類電源屏的特點價格較低，但技術(shù)落后，故障較多，整機效率低，重 量大，噪音和溫升高，兩路電源切換和主備模塊切換時輸出電源會瞬間中斷 供電。
(2 )工頻電磁技術(shù)和高頻電力電子技術(shù)相結(jié)合的智能電源屏。此類電源屏在電源屏的不同部位、不同回路中分別采用了工頻元器件和高 頻電力電子器件；在主電路系統(tǒng)中，兩路電源以一主一備切換方式工作。
繼電器電源、自動閉塞電源，采用高頻開關電源技術(shù)，實現(xiàn)了模塊并聯(lián)均
流，兩路電源切換時供電不中斷。信號點燈電源，50Hz軌道電路采用工頻電 磁技術(shù)，兩路電源切換時輸出電源會出現(xiàn)瞬間中斷(小于0.15s)。直流轉(zhuǎn)轍機 電源，25Hz軌道電源和局部電源，有采用電力電子技術(shù)的，也有采用電磁技 術(shù)的。
這類電源屏的價格較低，技術(shù)較先進，工作較可靠，效率較高，直流輸出 電壓連續(xù)可調(diào)，兩路電源切換時直流部分供電不中斷。但技術(shù)的完整和系統(tǒng) 性不夠，交流部分技術(shù)落后，效率低，重量大，噪音高，兩路電源切換時輸 出電源還會瞬間中斷供電。行車安全仍存隱患。 (3)全高頻電力電子技術(shù)的智能電源屏。
這類電源屏，是指電源屏各部分的功能器件全部由高頻調(diào)制的電子電路組 成，但它又分為有切換接點和無切換接點兩種類型。
A.有切換接點的智能屏。兩路電源一主一備切換工作，各類模塊主、備工 作，系統(tǒng)中存在兩路電源切換和交流部分主、備模塊切換兩個切換環(huán)節(jié)。
在主電路系統(tǒng)中，交流輸出電源雖然采用了高頻逆變鎖相技術(shù)，但是交流 模塊不能并聯(lián)均流。采用了一主一備的1+1工作方式，主模塊故障時，用繼 電電路切換至備用模塊工作。這類電源，盡管全部采用高頻電力電子技術(shù)， 但高頻交流模塊不能并聯(lián)均流，系統(tǒng)中仍存在兩級有接點的切換環(huán)節(jié)。兩路 電源切換或主備模塊切換時，有可能使交流輸出電源瞬間中斷供電。電源切 換環(huán)節(jié)本身是一個故障點，影響系統(tǒng)的可靠性。全高頻有切換接點的智能電 源屏在技術(shù)上又有了新的飛躍，但它沒有從根本上解決系統(tǒng)可靠性的問題。 其原因是高頻交流模塊不能并聯(lián)、均流、同相，沒有故障模塊自動退出工作 母線的機制，因而無法實現(xiàn)無切換節(jié)點的智能屏的突破。目前，鐵路上在用的智能屏沒有實現(xiàn)這個突破。
B.無切換接點的智能屏。整個系統(tǒng)中沒有帶接點的切換環(huán)節(jié)，成為靜態(tài)的 供電系統(tǒng)。兩路電源同時工作，所有直流電源全部采用高頻開關電源技術(shù)
(AC-DC)，所有交流電源全部采用高頻逆變鎖相技術(shù)(AC-DC-AC)。交、直流 模塊全部采用1+1或n+m并聯(lián)、均流、冗余技術(shù)。它實現(xiàn)了對智能電源屏產(chǎn) 品的技術(shù)整合。全部采用成熟的高頻電力電子技術(shù)，適應電源能力強；安全 可靠，環(huán)保節(jié)能，整機功率密度高，重量輕，噪音低，壽命長；全部模塊化 結(jié)構(gòu)，擴容方便，現(xiàn)場無維護；由于交、直流模塊均為n+l或n+m并聯(lián)均流 冗余，大大降低了系統(tǒng)的備用容量；系統(tǒng)中一路電源中斷或斷相、錯相，任 何一個模塊故障，都不影響系統(tǒng)的正常工作；在沒有蓄電池的情況下，不應 用電容儲能的方式，實現(xiàn)了兩路電源切換時供電零中斷，徹底解決了多年來 由于兩路電源切換而引發(fā)的各種故障。 二
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述技術(shù)上的缺陷，本發(fā)明提供了一種全高頻無切換接點的鐵 路信號智能電源屏。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用如下技術(shù)方案
全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其采用電力電子高頻開關技 術(shù)及計算機技術(shù)的無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)。系統(tǒng)供電模式采用雙路電源 同時工作，交流"H"格式雙母線工作制。各路輸出電源模塊采用1+1并聯(lián)均 流冗余電路，每一個配電回路都由兩個同等容量模塊并聯(lián)而成。這兩個模塊 分別接在兩路不同的母線上。即一個模塊接在I路母線電源上，另一個模塊
接在n路母線電源上。正常工作時，每個模塊各承擔i/2信號負荷，當其中
一路電源中斷時，未中斷這一路模塊承擔全部負荷，同時，這路電通過"H" 橋在60ms以內(nèi)對中斷了這一路模塊供電，恢復兩模塊并聯(lián)工作；當任一路模 塊出現(xiàn)故障時，退出運行并報警，另一模塊自動承擔全部負擔；當中斷了一路電恢復或故障模塊更換后，配電回路自動恢復兩模塊并聯(lián)工作。這樣，從 根本上消除兩路外電源切換過程的瞬間斷電，更不存在主備模塊切換環(huán)節(jié)， 真正做到輸出無中斷，實現(xiàn)了新一代鐵路信號智能電源屏新的跨越。
"H"橋式雙母線是通過兩個反向自動開關將兩路輸入電源的開關輸出 端連接成"H"橋。
上述模塊內(nèi)設置主從機競爭、判斷電路、誤差反饋信號電路、三角波產(chǎn) 生控制電路、低頻臂控制通過多路選擇電路，多路選擇電路分別連接低頻臂 驅(qū)動、比較電路、三角波基準電路，本機電流反饋電路與比較電路連接，比 較電路的三角波基準電路分別連接下一級比較電路，比較電路控制高頻臂驅(qū) 動。兩個相同模塊的多路選擇電路連接低頻臂驅(qū)動、比較電路、三角波基準 電路，
全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏的工作原理
1. 電源屏的供電方式為兩路輸入電源同時供電，交流"H"橋式雙母線 工作制。即兩路電源同時向電源屏供電，當任一路輸入電源出現(xiàn)故障時，未
中斷這一路模塊承擔全部負荷；同時，這路電通過"H"橋在小于60ms以內(nèi) 對中斷了這一路模塊供電。實現(xiàn)了兩路輸入電源中的任一路投入與退出、錯 相與缺相、過欠壓等各種情況下都不中斷對負荷的供電。當出現(xiàn)故障的輸入 電源恢復正常時，通過"H"橋，使它重新對所屬負荷供電。
2. 本電源屏的各類電源模塊均為并聯(lián)均流冗余工作，任一個模塊故障時 遵循故障退出機制自動退出系統(tǒng)，剩余模塊能繼續(xù)向負載供電，實現(xiàn)任一個 模塊故障時都不中斷對負載的供電，保證了各種負載的安全工作要求。
本發(fā)明的優(yōu)點是
使智能電源屏真正成為無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)，從而使鐵路信號智 能電源屏真正做到輸入輸出無中斷，成為穩(wěn)定、安全、可靠的電源系統(tǒng)。其 關鍵技術(shù)在于高頻交流模塊，實現(xiàn)了并聯(lián)、均流、同相、同頻、有故障自動退出工作母線機制。其核心技術(shù)要點如下
1. 交流模塊并聯(lián)均流模式為主從機控制方式。主從機的判斷遵循上電競 爭及無故障判斷原則，即并聯(lián)模塊在無故障的情況下，由上電競爭產(chǎn)生，誰 快誰就是主機，主機把本機的誤差反饋信號、三角波產(chǎn)生控制信號、低頻臂 控制信號送達從機，從而達到并聯(lián)模塊的同相、同頻。
2. 均流控制由本機電流反饋信號與誤差反饋信號比較產(chǎn)生的控制信號， 控制各自的輸出電壓幅度，從而達到均流。
3. 并聯(lián)模塊在從機發(fā)生故障的情況下，從機直接退出；在主機發(fā)生故障 的情況下，主機退出，從機馬上變?yōu)橹鳈C，轉(zhuǎn)換時間〈lmS。


圖1是本發(fā)明的原理方框示意圖2是本發(fā)明"H"橋的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明模塊的方框圖。 三、具體實施方案
下面參照附圖進一步說明。
如圖1所示，全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其采用電力電 子高頻開關技術(shù)及計算機技術(shù)的無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)。系統(tǒng)供電模式 采用雙路電源同時工作，交流"H"格式雙母線工作制。各路輸出電源模塊采 用1+1并聯(lián)均流冗余電路，每一個配電回路都由兩個同等容量模塊并聯(lián)而成。 這兩個模塊分別接在兩路不同的母線上。
如圖2所示，"H"格式雙母線是通過兩個反向開關將兩路輸入電源的輸 出端連接成"H"橋，兩個開關與電源屏上的智能監(jiān)測控制系統(tǒng)連接。
如圖3所示，模塊內(nèi)設置主從機競爭、判斷電路、誤差反饋信號電路、 三角波產(chǎn)生控制電路、低頻臂控制通過多路選擇電路，多路選擇電路分別連 接低頻臂驅(qū)動、比較電路、三角波基準電路，本機電流反饋電路與比較電路連接，比較電路的三角波基準電路分別連接下一級比較電路，比較電路控制 高頻臂驅(qū)動。兩個相同模塊的多路選擇電路連接低頻臂驅(qū)動、比較電路、三 角波基準電路。
最后，應當指出，以上實施例僅是本發(fā)明較有代表性的例子。顯然，本 發(fā)明的技術(shù)方案并不限于上述實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技 術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本 發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其采用電力電子高頻開關技術(shù)及計算機技術(shù)的無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)；其特征在于系統(tǒng)供電模式采用雙路電源同時工作，交流“H”橋式雙母線工作制；各路輸出電源模塊采用1+1并聯(lián)均流冗余電路，每一個配電回路都由兩個同等容量模塊并聯(lián)而成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其特征在于"H"橋式雙母線是通過兩個反向開關將兩路輸入電源的開關輸出端連接成"H"橋。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其特征在于上述模塊內(nèi)設置主從機競爭、判斷電路、誤差反饋信號電路、三角 波產(chǎn)生控制電路、低頻臂控制通過多路選擇電路，多路選擇電路分別連接低 頻臂驅(qū)動、比較電路、三角波基準電路，本機電流反饋電路與比較電路連接， 比較電路的三角波基準電路分別連接下一級比較電路，比較電路控制高頻臂 驅(qū)動；兩個相同模塊的多路選擇電路連接低頻臂驅(qū)動、比較電路、三角波基準電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及全高頻無切換接點的鐵路信號智能電源屏，其采用電力電子高頻開關技術(shù)及計算機技術(shù)的無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)；其特征在于系統(tǒng)供電模式采用雙路電源同時工作，交流“H”橋式雙母線工作制；各路輸出電源模塊采用1+1并聯(lián)均流冗余電路，每一個配電回路都由兩個同等容量模塊并聯(lián)而成。本發(fā)明使智能電源屏真正成為無切換接點的靜態(tài)供電系統(tǒng)，從而使鐵路信號智能電源屏真正做到輸入輸出無中斷，成為穩(wěn)定、安全、可靠的電源系統(tǒng)。其關鍵技術(shù)在于高頻交流模塊，實現(xiàn)了并聯(lián)、均流、同相、同頻、有故障自動退出工作母線機制。
文檔編號H02J9/06GK101599661SQ200910097430
公開日2009年12月9日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者斌 劉, 高義芝 申請人:杭州中實四方電力自動化有限公司