技术领域
[0001] 本实用新型涉及轨道交通供电领域，尤其涉及一种车站备用电源系统。
背景技术
[0002] 随着
铁路网的快速发展，电
气化铁路已经代替传统铁路成为主流，电气化铁路沿线设置有牵引
电网专
门对电
力机车进行供电，显示屏、
信号灯等站内负载通常使用公共电力网作为电源。
[0003]
现有技术中，对于地点偏远、规模不大、人员不多的中小型
站点，如果从公共电力网铺设
电缆接引电源会产生高额的电网建设
费用并且存在维护不便的问题，因此中小型站点的站内负载的电源主要是通过自动闭塞电力线路或电力贯通线路取得。当自动闭塞电力线路或电力贯通线出现故障时，车站发
电机组作为备用电源对站内负载进行供电，然而车站
发电机组供电存在响应时间长、
电能质量低、供电效果差的问题。实用新型内容
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种车站备用电源系统，在非自动闭塞电力线路或电力贯通线出现故障时，能够从牵引电网获取电能，快速、稳定地对站内负载进行供电。
[0005] 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种车站备用电源系统包括：
[0006]
电压转换单元，电压转换单元的输入端与车站的牵引电网连接以对牵引电网的交流电进行降压；
[0007] 整流稳压单元，整流稳压单元的输入端与电压转换单元的输出端连接以将交流电转换为直流电；
[0008] 逆变单元，逆变单元的输入端与整流稳压单元的输出端连接以将直流电逆变为交流电，逆变单元的输出端对车站的站内负载供电；
[0009] 控制单元，分别与整流稳压单元以及逆变单元连接以控制整流稳压单元以及逆变单元工作。
[0010] 进一步地，所述整流稳压单元包括分别与控制单元连接的第一
整流桥臂、第二整流桥臂、第三整流桥臂以及第四整流桥臂，所述电压转换单元的第一输出端分别与第一整流桥臂的输入端以及第二整流桥臂的输入端连接，电压转换单元的第二输出端分别与第三整流桥臂的输入端以及第四整流桥臂的输入端连接，第一整流桥臂的输出端分别与第三整流桥臂的输出端连接以及逆变单元的正极输入端连接，第二整流桥臂的输出端分别与第四整流桥臂的输出端连接以及逆变单元的负极输入端连接。
[0011] 进一步地，所述第一整流桥臂包括第一电感以及至少一个第一桥臂单元；
[0012] 第一桥臂单元包括第一
开关管、第二开关管、第一
二极管、第二二极管以及第一电容；
[0013] 第一开关管的输入端分别与第一二极管的
阴极以及第一电容的一端连接，第一开关管的控制端与控制单元连接，第一开关管的输出端分别与第二开关管的输入端、第一二极管的
阳极、第二二极管的阴极以及逆变单元的正极输入端或上一个第一桥臂单元连接；
[0014] 第二开关管的控制端与控制单元连接，第二开关管的输出端分别与第二二极管的阳极、第一电容的另一端以及第一电感的一端或下一个第一桥臂单元连接；
[0015] 第一电感的另一端与电压转换单元的第一输出端连接；
[0016] 所述第二整流桥臂包括第二电感以及至少一个第二桥臂单元；
[0017] 第二桥臂单元包括第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管以及第二电容；
[0018] 第三开关管的输入端分别与第三二极管的阴极以及第二电容的一端连接，第三开关管的控制端与控制单元连接，第三开关管的输出端分别与第四开关管的输入端、第三二极管的阳极、第四二极管的阴极以及第二电感的一端或上一个第二桥臂单元连接；
[0019] 第四开关管的控制端与控制单元连接，第四开关管的输出端分别与第四二极管的阳极、第二电容的另一端以及逆变单元的负极输入端或下一个第二桥臂单元连接；
[0020] 第二电感的另一端与电压转换单元的第一输出端连接；
[0021] 所述第三整流桥臂包括第三电感以及至少一个第三桥臂单元；
[0022] 第三桥臂单元包括第五开关管、第六开关管、第五二极管、第六二极管以及第三电容；
[0023] 第五开关管的输入端分别与第五二极管的阴极以及第三电容的一端连接，第五开关管的控制端与控制单元连接，第五开关管的输出端分别与第六开关管的输入端、第五二极管的阳极、第六二极管的阴极以及逆变单元的正极输入端或上一个第三桥臂单元连接；
[0024] 第六开关管的控制端与控制单元连接，第六开关管的输出端分别与第六二极管的阳极、第三电容的另一端以及第三电感的一端或下一个第三桥臂单元连接；
[0025] 第三电感的另一端与电压转换单元的第二输出端连接；
[0026] 所述第四整流桥臂包括第四电感以及至少一个第四桥臂单元；
[0027] 第四桥臂单元包括第七开关管、第八开关管、第七二极管、第八二极管以及第四电容；
[0028] 第七开关管的输入端分别与第七二极管的阴极以及第四电容的一端连接，第七开关管的控制端与控制单元连接，第七开关管的输出端分别与第八开关管的输入端、第七二极管的阳极、第八二极管的阴极以及第四电感的一端或上一个第四桥臂单元连接；
[0029] 第八开关管的控制端与控制单元连接，第八开关管的输出端分别与第八二极管的阳极、第四电容的另一端以及逆变单元的负极输入端或下一个第四桥臂单元连接；
[0030] 第四电感的另一端与电压转换单元的第二输出端连接。
[0031] 进一步地，所述逆变单元包括均与控制单元连接的正极逆变桥臂以及负极逆变桥臂，所述整流稳压单元的正极输出端与正极逆变桥臂的输入端连接，整流稳压单元的负极输出端与负极逆变桥臂的输入端连接，正极逆变桥臂的输出端分别与负极逆变桥臂的输出端以及站内负载连接。
[0032] 进一步地，所述正极逆变桥臂以及负极逆变桥臂分别有三个，并且正极逆变桥臂的输出端与负极逆变桥臂的输出端一一对应连接以将整流稳压单元输出的直流电逆变为三相交流电。
[0033] 本实用新型的有益效果是：通过电压转换单元将牵引电网的交流电进行降压，然后在控制单元的控制下整流稳压单元将降压后的交流电转换为直流电，接着控制单元控制逆变单元将直流电逆变为适合对站内负载供电的交流电，以此过程达到在故障发生时，能够使用现有的牵引电网作为车站的备用电源对站内负载进行供电的目的，维持车站正常工作，并且在上述交流电降压整流稳压的过程中，即便牵引电站的交流电
波动较大通过整流稳压单元亦能得到稳定的直流电，进而使直流电经过逆变单元逆变得到的交流电稳定，电能质量优良，对站内负载的供电效果好。
附图说明
[0034] 下面结合附图和
实施例对本实用新型进一步说明：
[0037] 图3是逆变单元的电路图。
具体实施方式
[0038] 参照图1至图3，一种车站备用电源系统，包括：
[0039] 电压转换单元10，电压转换单元10的输入端与牵引电网连接以对牵引电网的交流电进行降压；
[0040] 整流稳压单元20，整流稳压单元20的输入端与电压转换单元10的输出端连接以将交流电转换为直流电；
[0041] 逆变单元40，逆变单元40的输入端与整流稳压单元20的输出端连接以将直流电逆变为交流电，逆变单元40的输出端对站内负载供电；
[0042] 控制单元50，分别与整流稳压单元20以及逆变单元40连接以控制整流稳压单元20以及逆变单元40工作。
[0043] 通过电压转换单元10将牵引电网的交流电进行降压，然后在控制单元50的控制下整流稳压单元20将降压后的交流电转换为直流电，接着控制单元50控制逆变单元40将直流电逆变为适合对站内负载供电的交流电，以此过程达到在故障发生时，能够使用现有的牵引电网作为车站的备用电源对站内负载进行供电的目的，维持车站正常工作，并且在上述交流电降压整流稳压的过程中，即便牵引电站的交流电波动较大，通过整流稳压单元20亦能得到稳定的直流电，进而使直流电经过逆变单元40逆变得到的交流电稳定，电能质量优良，对站内负载的供电效果好。
[0044] 电压转换单元10可以是
变压器或BUCK电路等能够实现电压转换功能的设备或电路。整流稳压单元20可以是用高压
硅堆等高压二极管构成的整流桥配合RC电路或RL电路等滤波电路，达到整流稳压的目的。控制单元50可以是
单片机或
嵌入式系统等能够产生
控制信号的设备，亦可以是
振荡器产生振荡信号作为控制信号达到控制目的。
[0045] 作为整流稳压单元20的优选实施方式，所述整流稳压单元20包括分别与控制单元50连接的第一整流桥臂21、第二整流桥臂22、第三整流桥臂23以及第四整流桥臂24，所述电压转换单元10的第一输出端分别与第一整流桥臂21的输入端以及第二整流桥臂22的输入端连接，电压转换单元10的第二输出端分别与第三整流桥臂23的输入端以及第四整流桥臂
24的输入单连接，第一整流桥臂21的输出端分别与第三整流桥臂23的输出端连接以及逆变单元40的正极输入端连接，第二整流桥臂22的输出端分别与第四整流桥臂24的输出端连接以及逆变单元40的负极输入端连接。
[0046] 通过控制单元50控制第一整流桥臂21、第二整流桥臂22、第三整流桥臂23以及第四整流桥臂24工作，对电压转换单元10输出的交流电进行全波整流并且稳压，使降压后的交流电转换成稳定的直流电。
[0047] 作为整流稳压单元20具体电路的实施方式，所述第一整流桥臂21包括第一电感31以及至少一个第一桥臂单元32；第一桥臂单元32包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管以及第一电容；第一开关管的输入端分别与第一二极管的阴极以及第一电容的一端连接，第一开关管的控制端与控制单元50连接，第一开关管的输出端分别与第二开关管的输入端、第一二极管的阳极、第二二极管的阴极以及逆变单元40的正极输入端或上一个第一桥臂单元32连接；第二开关管的控制端与控制单元50连接，第二开关管的输出端分别与第二二极管的阳极、第一电容的另一端以及第一电感31的一端或下一个第一桥臂单元32连接；第一电感31的另一端与电压转换单元10的第一输出端连接；
[0048] 所述第二整流桥臂22包括第二电感33以及至少一个第二桥臂单元34；第二桥臂单元34包括第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管以及第二电容；第三开关管的输入端分别与第三二极管的阴极以及第二电容的一端连接，第三开关管的控制端与控制单元50连接，第三开关管的输出端分别与第四开关管的输入端、第三二极管的阳极、第四二极管的阴极以及第二电感33的一端或上一个第二桥臂单元34连接；第四开关管的控制端与控制单元50连接，第四开关管的输出端分别与第四二极管的阳极、第二电容的另一端以及逆变单元40的负极输入端或下一个第二桥臂单元34连接；第二电感33的另一端与电压转换单元10的第一输出端连接；
[0049] 所述第三整流桥臂23包括第三电感35以及至少一个第三桥臂单元36；第三桥臂单元36包括第五开关管、第六开关管、第五二极管、第六二极管以及第三电容；第五开关管的输入端分别与第五二极管的阴极以及第三电容的一端连接，第五开关管的控制端与控制单元50连接，第五开关管的输出端分别与第六开关管的输入端、第五二极管的阳极、第六二极管的阴极以及逆变单元40的正极输入端或上一个第三桥臂单元36连接；第六开关管的控制端与控制单元50连接，第六开关管的输出端分别与第六二极管的阳极、第三电容的另一端以及第三电感35的一端或下一个第三桥臂单元36连接；第三电感35的另一端与电压转换单元10的第二输出端连接；
[0050] 所述第四整流桥臂24包括第四电感37以及至少一个第四桥臂单元38；第四桥臂单元38包括第七开关管、第八开关管、第七二极管、第八二极管以及第四电容；第七开关管的输入端分别与第七二极管的阴极以及第四电容的一端连接，第七开关管的控制端与控制单元50连接，第七开关管的输出端分别与第八开关管的输入端、第七二极管的阳极、第八二极管的阴极以及第四电感37的一端或上一个第四桥臂单元38连接；第八开关管的控制端与控制单元50连接，第八开关管的输出端分别与第八二极管的阳极、第四电容的另一端以及逆变单元40的负极输入端或下一个第四桥臂单元38连接；第四电感37的另一端与电压转换单元10的第二输出端连接。
[0051] 工作时，第一整流桥臂21中，当电压转换单元10的第一输出端为正电压时，控制单元50控制第一开关管截止并且第二开关管导通，
电流沿第一电感31、第二二极管流至逆变单元40的正极输入端并且同时对第一电容进行充电，当电压转换单元10的第一输出端为负电压时，控制单元50控制第一开关管导通并且第二开关管截止，防止电流经第二开关管流入电压转换单元10的第一输出端，第一电感31储存电能使电流继续沿第二二极管流至逆变单元40的正极输入端，第一电容储存的电能形成电流通过第一开关管流至逆变单元40的正极输入端，起到续流作用同时在整个过程中第一电感31和第一电容起到滤波稳压的作用。
[0052] 第三整流桥臂23工作过程与第一整流桥臂21相似，由于第一整流桥臂21与电压转换单元10的第一输出端连接，第三整流桥臂23与电压转换单元10的第二输出端连接，电压转换单元10输出为交流电，因此第一整流桥臂21与第三整流桥臂23的工作过程互补，维持逆变单元40的正极输入端为正电压。
[0053] 第二整流桥臂22与第四整流桥臂24的工作过程与第一整流桥臂21和第三整流桥臂23配合工作相似。
[0054] 工作时，第二整流桥臂22中，当电压转换单元10的第一输出端为正电压时，控制单元50控制第三开关管导通并且第四开关管截止，防止形成电流流入逆变单元40的负极输入端，当电压转换单元10的第一输出端为负电压时，控制单元50控制第三开关管截止并且第四开关管导通，使电电流能够从逆变单元40的负极输入端经过第四二极管流入至电压转换单元10的第一输出端，第二电感33与第二电容也起到续流和滤波稳压的作用。第四整流桥臂24工作过程与第二整流桥臂22互补，维持逆变单元40的负极输入端为负电压。
[0055] 作为逆变单元40的优选实施方式，所述逆变单元40包括均与控制单元50连接的正极逆变桥臂41以及负极逆变桥臂42，所述整流稳压单元20的正极输出端与正极逆变桥臂41的输入端连接，整流稳压单元20的负极输出端与负极逆变桥臂42的输入端连接，正极逆变桥臂41的输出端分别与负极逆变桥臂42的输出端以及站内负载连接。
[0056] 正极逆变桥臂41和负极逆变桥臂42相互配合，将输入的正电压和负电压逆变为交流电。
[0057] 正极逆变桥臂41和负极逆变桥臂42优选的实际电路结构与第一整流桥臂21和第二整流桥臂22相似，正极逆变桥臂41包括第五电感以及至少一个第一逆变桥臂单元；
[0058] 第一逆变桥臂单元包括第九开关管、第十开关管、第九二极管、第十二极管以及第五电容，第九开关管的输入端分别与第九二极管的阴极以及第五电容的一端连接，第九开关管的控制端与控制单元50连接，第九开关管的输出端分别与第十开关管的输入端、第九二极管的阳极、第十二极管的阴极以及整流稳压单元20的正极输出端或上一个第一逆变桥臂单元连接；第十开关管的控制端与控制单元50连接，第十开关管的输出端分别与第十二极管的阳极、第五电容的另一端以及第五电感的一端或下一个第一逆变桥臂单元连接；第五电感的另一端与站内负载连接。
[0059] 工作时，控制单元50控制第九开关管截止并且第十开关管导通以使与站内负载的连接点为正电压，控制单元50控制第九开关管导通并且第十开关管截止以使与站内负载的连接点为接近零电平的
低电压。负极逆变桥臂42工作原理类似，负极逆变桥臂42与正极逆变桥臂41工作互补，在正极逆变桥臂41输出为低电压时，负极逆变桥臂42输出负电压，将与站内负载连接点的电压拉低，在正极逆变桥臂41输出为正电压时，负极逆变桥臂42输出为低电压。以此过程实现对站内负载交流供电的目的。
[0060] 负极逆变桥臂42包括第六电感和至少一个第二逆变桥臂单元，工作原理与正极逆变桥臂41类似。
[0061] 需要强调的是，为了整流稳压单元20和逆变单元40能够长时间稳定工作，整流稳压单元20内的电感和电容的参数与逆变单元40内的电感和电容的参数相同，并且第一桥臂单元32、第二桥臂单元34、第三桥臂单元36、第四整桥臂单元38、第一逆变桥臂单元以及第二逆变桥臂单元的数量相同。在某个桥臂单元故障时，可以旁路故障的桥臂单元以维持系统的正常工作，但只能作为应急手段，不能长时间工作。
[0062] 由于车站的站内负载常用电源是三相交流电，为使逆变单元40能够逆变产生三相交流电，所述正极逆变桥臂41以及负极逆变桥臂42分别有三个，并且正极逆变桥臂41的输出端与负极逆变桥臂42的输出端一一对应连接以将整流稳压单元20输出的直流电逆变为三相交流电。
[0063] 通过设置有正极逆变桥臂41和负极逆变桥臂42各三个，并且一一对应连接，使每一对正极逆变桥臂41和负极逆变桥臂42在控制单元50的控制下能够产生一相交流电，共产生有三相交流电，从而实现三相供电的目的。
[0064] 实际应用时，牵引电网将27.5kV的单相交流电输入至电压转换单元10，电压转换单元10一般为变压器将单相交流电降压为10kV的单相交流电，然后经过整流稳压单元20进行整流稳压转换为±10kV的直流电压，最终通过逆变单元40将±10kV的直流电压逆变为三相交流电对站内负载进行供电。在此过程中无论牵引电网的单相交流电如何波动，控制单元50能够控制整流稳压单元20进行调整，使整流稳压单元20输出的±10kV直流电压恒定不变，进而维持逆变的三相交流电稳定，同时整流稳压单元20能通过对牵引电网的
无功功率反馈稳定牵引电网的电压波动。
[0065] 上述实施例只是本实用新型的优选方案，本实用新型还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同
变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本
申请权利要求所设定的范围内。
