1郭顺利 2阚庭明 3黄云鹍
1，3北京经纬信息技术有限公司 北京 100081；2中国铁道科学研究院集团公司电子计算技术研究所 北京 100081
摘要：针对轨道交通站台门电源系统的特殊应用环境，提出了电源系统的设计原理及方法。首先，对电源系统工作原理进行了分析。然后，在工作原理分析的基础上，应用软件4层架构对电源系统进行了设计。在工程应用中表明，该设计原理和方法对轨道交通站台门电源系统应用具有重要的理论指导意义和实用价值。
关键词：站台门电源系统；工作原理；应用软件
Abstract：In view of the special application environment of power supply system for platform door of rail transit, the design principle and method of power supply system are proposed. Firstly, the working principle of the power system is analyzed. Then, based on the analysis of the working principle, the power system is designed with 4-tier architecture of the application software. In the engineering application, it shows that the design principle and method have important theoretical guiding significance and practical value for the application of power supply system of platform door of rail transit.
Key words:Platform door power system; working principle; application software
随着轨道交通快速发展，各类轨道交通安全事故不断增加，站台门系统应运而生。电源系统是站台门系统的重要组成部分，主要为站台滑动门、监控系统及外部接口供电。轨道交通站台门电源系统为一级负荷，由动力照明系统通过设在站台门设备室内的双电源切换箱提供交流电源。轨道交通一般地下车站居多，车站内涉及信号系统、民用通信、站台PIS、AFC、站台门等专业，电磁环境复杂。亟需对站台门电源系统进行系统性和稳定性设计，为轨道交通站台门电源系统应用提供理论指导意义和重要的实用价值。
1. 电源系统工作原理
轨道交通电源系统由门机驱动电源（即DPS）和控制电源(即CPS)和蓄电池三部分组成。门机驱动电源输入为交流380V，输出为直流110V，主要为站台所有滑动门开/关门动作和运行状态监控提供动力；控制电源输入为两路交流220V互为备用，输出稳定的交流220V及直流24V，主要为中央控制盘（PSC）等提供电源；门机驱动电源和控制电源采用相互独立的配电回路以避免相互干扰，并采用相互独立的蓄电池组；蓄电池保障在市电断电或故障时分别为门机驱动电源和控制电源提供不间断供电。门机驱动电源、控制电源具有各自独立的综合监控器，负责监控输出电压、电流等状态。DPS与CPS执行单元与监控单元之间通过CAN进行数据通讯。
1>DPS工作原理
门机驱动电源的整流模块与负载（整侧滑动门）直接相关且最重要，其采用移相全桥软开关变换器拓扑结构[1]，15KHz的PWM开关频率。ARM处理器实时检测直流输出的电流与电压，通过移相谐波PWM调节输出电压电流值。尖峰抑制与EMI电路能吸收门机负载所带来的反向电动势影响，尖峰抑制由功率电阻控制电路组成。正常时直流110V负载（整侧滑动门）母线由整流模块供电；异常时蓄电池自动投入供电。整流单元具有过流、欠压等保护电路。监控单元根据总线电流值及单个整流单元输出电流值，经过数据处理以CAN总线的方式控制每个整流装置实现均流。
图1驱动电源原理框图
2>CPS工作原理
控制电源由UPS单元、24V交－直变换单元、应急24VDC模块（DC110V输入）、蓄电池组、监控单元等构成[2]。UPS为艾默生3C10KS控制器，可靠稳定；正常工作时交流输入220V通过UPS输出稳定的交流220V，然后通过交-直逆变单元转换为直流24V[3][4]。市电掉电时，蓄电池通过UPS内部的直-交变换单元输出稳定的交流220V。CPS工作原理如下：
图2控制电源原理图
3>监控系统
监控系统采用主监控、各功能模块和电池管理单元来监控电源系统和电池状态。主监控采用大屏幕触摸式操作，是电源监控系统的核心。主监控采用ARM处理器，具有多个输入、输出接口及2个模拟输出接口；实时直观的显示电源运行状态及故障信息，实时显示驱动电流曲线，并可通过U盘导出分析数据；存储历史故障记录便于实时查找；具有先进的电池管理系统（ABM），自动完成对蓄电池的充放电管理；并提供CAN通讯接口，以MODBUS总线协议与站台门中央控制盘（PSC）进行数据通讯。
图3 综合监控框图
2. 电源系统软件设计
电源系统软件采用了4层架构即上层应用层、上层驱动层、总线驱动层、底层驱动组成。上层应用程序实现电源状态管理和监控，通过外部驱动层将处理后的信息传输给底层驱动；上层驱动实现硬件外设初始化；总线驱动层实现综合监控单元与各个子单元之间数据传输层；底层驱动执行上层命令，驱动相关硬件外设输出目标电压和电流。
底层驱动层主要是由整流单元和24V交－直变换单组成。整流单元及交直流电源控制算法为电压电流双闭环PI算法[5]，易于实现，鲁棒性，可靠性高。电压外环与电流内环数字PI控制器的差分方程如下：
；
电流环的PI调节器输出赋值给SVPWM控制器产生数字脉冲中，加入限幅条件起到抗积分饱和的作用。可以防止站台门启动瞬间反向电动势引起的电流过大烧坏IGBT。
图4整流单元软件程序框图
3. 结论
站台门电源系统提出了系统的设计原理及方法并成功应用在地下站台门复杂环境。在工作原理分析的基础上，提出了应用软件4层架构，为系统的稳定性进一步的提供了保障。在工程分析与应用中表明，该设计原理和方法对轨道交通站台门电源系统应用具有重要的理论指导意义和实用价值。
参考文献：
[1]王斌、黄建明等 数字DC/DC开关电源环路补偿器设计[J]计算机工程与应用.2010.46(34):70-73
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[4]HuangBo.The Research of Digtal and Analog Control for 60W Switches Forward Power Supply [D]Hangzhou Dianzi University.2012.46-54
[5]夏红、赏星耀等 .PID参数自整定方法概述[J]浙江科技学院学报.2003.15(4):236-240
中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所创新基金 编号:1852DZ3801
论文作者:1郭顺利,2阚庭明,3黄云鹍
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：电源论文; 站台论文; 系统论文; 单元论文; 轨道交通论文; 电流论文; 工作原理论文; 《电力设备》2019年第14期论文;