充电装置是实现交流直流整流变换和直流充电调压的功能的基本单元，其系统主要包括:整流、直流变换和输出隔离切换控制三部分，其主要技术参数为:

表1 成套充电装置主要技术参数表

⑴移动充电功能，即:

1)当列车进入车站充电网范围内即可启动充电;

2)列车正在充电的过程中，若列车启动离站，充电装置能够自动检测迅速停止充电，基本消除燃弧现象的发生;

3)在充电的过程中若发生燃弧，充电装置能够自我保护功能，保障设备的安全。

⑵向上行列车和下行列车的分时充电功能，即:

1)在同一时刻仅对上行或者下行列车充电;

2)当两列车同时进站时，应先对上行列车充电，然后对下行列车充电;

3)上行和下行列车充电的切换时间不大于100ms;

4)上行和下行充电切换设置必需的电气安全闭锁，能够有效防止对上行和下行充电网同时送电，有效防止同时停在上行和下行列车在车站通过充电网并联。

⑶充电装置与充电网之间设置隔离开关，实现维护检修时的电气隔离。隔离开关的状态纳入成套充电装置的监控，并能够在就地和远方进行控制。

⑷监测车辆位置信息，在车辆进入充电区域时方能够对接触网送电;当车辆离开充电区域时充电装置断电，确保车站和停车场车辆充电区域处于无电状态;

充电装置设置有必要的安全放电回路，使得停止充电后，充电系统的电压在短时间内迅速降至安全电压范围内，保障乘客和工作人员的安全。

⑸充电功能对超级电容储能装置具有通用性。当储能装置超级电容的品牌发生变化时，仅通过调整充电装置中的控制参数和充电策略满足超级电容的充电要求。

⑹充电装置的输出特性符合下列要求:

1)纹波系数:在恒流状态下，当输出直流电压在规定的电压调节范围内变化时，在任意数值上保持稳定，纹波电流有效值系数<±0.5%，纹波电流峰值系数<±3%;

2)输出电流误差:在恒流状态下，输出电流整定误差<±0.5%;

3)输出电压误差:直流输出电压设定在规定的电压调节范围内，输出电压整定误差不超过±1%;

4)限压特性:充电机在恒流状态下运行时，当输出直流电压超过限压整定值时，应能自动限制其输出电压的增加;

5)均流不平衡度:各模块平均输出电流为100%额定电流时，电流不平衡度不超过±5%;

6)外特性:在恒流、恒功等充电模式下实时监控充电网电压，防止电压超过阈值。

⑺充电装置的监控功能达到如下目标:

1)实时监测车站区域内车辆的运行状态及其车载储能装置的状态启动、停止充电功能，能够自动选择充电参数。充电柜应将其运行状态数据、故障数据和控制参数上传至上位监控系统，同时能够接受上位监控系统的监控。充电装置的运行参数可以通过就地和远程设定;

2)充电柜具有自动控制功能，根据充电柜检测到车辆储能装置的运行状态信息，自动控制调整充电时间、充电电流和充电限制电压，即可以选择不同的充电模式，并将充电柜的运行状态实时反馈至上位监控系统。若储能装置故障时，装置能够停止充电。充电模式的选择可以在就地和远方控制中心进行设定;

3)充电柜能够实现自动检测、远方手动投切和现场手动投切，各种方式之间有可靠的闭锁，防止发生事故。检测、控制实现完全自动，可实现无人值守;

4)具有供值班员使用的参数设置功能，所有设置的内容不受停电和干扰信号的影响;

5)控制系统由显示单元、微机监控单元、开关面板、主控单元、采样单元、输入输出单元、及柜内风机和照明等部分组成。

⑻通讯接口

充电装置采用标准的数据通信口接入变电所综合自动化系统。物理接口采用光纤以太网口(或RJ45电口)，通信速率为10/100M自适应，协议采用TCP/IP modbus开放协议;

充电装置微机控制系统上送监控系统的信息带有时标，时标要求精确到毫秒级，并具有与上位监控系统进行时钟同步功能，对时方式为软件对时，对时精度为毫秒级。

⑼数据记录、显示功能

实时记录系统数据，保存6个月以上。显示界面具有友好的人机界面、易操作，可显示如下内容:

1)主接线，充电控制参数和运行状态数据;

2)故障记录;

3)充电装置各个模块状态监视;

4)显示当前时间、保护动作时间，显示保护类型、保护动作时间等信息;

现场运行数据的查询和调整采用现场液晶显示与控制。

⑽保护功能

1)充电装置具有基本的继电保护功能，包括:输入过压、欠压、过流，输出过压、过流，IGBT故障，短路，接地，过热保护，内部通讯故障、外部通讯故障等;

2)充电装置保护装置能够为充电装置本体、充电装置至充电网之间电气故障、过电压和异常运行方式提供有效的保护功能。

充电机核心部分为变流器，其将来自整流变压器的交流电，变换成电压电流均可调节直流电源。变流装置由4套完全一致的装置组成，充电机采用24脉动不控整流加后级多相buck斩波电路，具有电路简洁、技术成熟、可靠性高的特点，广泛应用于城市轨道交通领域。24脉动可以有效减小谐波、提高功率因数。

斩波电路采用成熟的Buck斩波电路，装置由4个独立的斩波电路并联，每个斩波电路接入一个变压器副边绕组对应的整流输出。每个斩波电路直流侧的额定电流为450A，四组并联实现总电流1800A的充电输出。

图1给出了充电装置的电气构成框图。图2给出了变流器的电气原理图。

图1充电装置电气框图

图2变流器电气原理图

整流变压器低压侧配置软起电路，可以在电路合闸时最大程度的减少电流冲击。斩波电路输出采用4相斩波并联，4相斩波采取移相控制以利于减小输出纹波电压和纹波电流。图3为移相斩波输出电流波形。

图3四重移相斩波输出电流波形