让中国高铁驶入永磁时代

对轨道交通牵引技术来说，永磁牵引系统是一场革命，谁拥有永磁牵引系统，谁就拥有高铁的话语权。

牵引传动系统在业内被称为“列车之心”，其性能在某种程度上决定了列车的动力品质、能耗和控制特性，也影响着列车的经济性、舒适性与可靠性，是节能升级的关键。

从“直流”到“交流”，再到如今的“永磁”，近30年时间，中车株洲所引领我国轨道交通牵引技术，实现了由跟跑、并跑到领跑的飞跃。

大功率异步交流传动技术自20世纪80年代逐步在发达国家开始成熟应用，但仅为庞巴迪和西门子等少数垄断公司所掌握，且一直不对中国转让该技术，在先进的控制策略方面更是严密封锁。

面对国外的技术封锁和我国铁路移动装备发展的需求，20世纪90年代初，中车株洲所走上自主研发之路，开展大功率异步牵引控制技术研究，并受命主持原铁道部“交直交电传动微机控制系统及其模块化研究”课题，组建了国内最早的电力牵引高性能交流传动控制技术研究与工程实践团队。

当时国内在异步牵引控制策略方面毫无技术储备，很多原理性试验只能摸着石头过河。

除了没有材料储备，控制硬件体系和高速数字处理系统的研究基础非常薄弱，应用过程也缺乏专业的手段，控制的软硬件系统均面临着巨大挑战。

自主创新的路上没有停歇，对于技术的追求永无止境。中车株洲所的研发团队将目光瞄准了面向工程应用、技术难度更高的大功率GTO变流器系统。在大量的地面试验系统、装车试验和运营考核中，不断攻关、完善系统性能和稳定性、可靠性，最终这一技术顺利实现突破，研制出2800kVA、驱动两台1200千瓦电机的自主牵引系统，并成功应用在“中华之星”“奥星”和哈萨克斯坦机车等先锋车型上。

在电力牵引技术由直流传动向异步交流传动升级换代的“十年转换工程”中，攻克了车辆级动力实时控制、分布式系统协同控制等关键技术，搭建了自主轨道交通交流传动技术平台和产业化平台，实现了我国大功率交流传动控制技术的从无到有，使我国成为少数几个掌握该技术的国家之一。

随着高铁的快速发展，中国形成了世界最大的运营规模和宽广地域、复杂气候、高速和高密度行车等最复杂的运用环境，高速动车组运行面临装备与系统的标准化、列车混杂运行的车、网关系友好性、高速高牵引力的轮轨关系鲁棒性、安全高效智能的控制网络实时性等关键技术新挑战。

伴随高铁建设、运营的发展，研发团队时常奔赴全国数10个路局、动车段调研，跟车添乘、测量，采集列车复杂、多变的运行工况数据，分析、解决各种复杂的技术难题。

2014年底，“沪昆高铁”开通在即，装载公司完全自主牵引电传动系统的更高速度等级动车组，在南昌—长沙段的车网谐振优化试验进入最后阶段。研发团队深入一线，在南昌动车所完成车载装置优化改进后，立即驱车前往江西分宜变电所进行地面检测。

变电所地点偏僻，道路崎岖难行，赶到都已是凌晨。为确保“沪昆高铁”能够按照预定时间开通，研发团队在南昌—分宜两地 “两点一线”来回奔波，形成了不确定性车网关系和高速运行条件下车载自适应高品质电力控制和地面谐波吸收的系统解决方案，攻克了车—网稳定、装备安全等难题。

高寒动车组原进口牵引技术无法满足兰新线长大坡道持续高速运行需求，而系统配置已固化，无法变更牵引变流器和牵引电机。通过大量的理论分析、仿真验证和系统试验，研发团队大胆提出新的控制策略，在自主控制器完成验证并替代原进口控制器，在功率提升20%的同时温升降低25K，解决了全局高能效牵引行业难题。

这些技术成果已在以“复兴号”为代表的高速动车组批量应用，打造了完全自主知识产权、世界领先的牵引系统产品平台，为“复兴號”在世界最大运营规模和最复杂运用环境下，实现世界最高运营时速、最大单轴异步牵引动力等顶层指标发挥了核心作用。获得了习近平总书记赞誉“复兴号高速列车迈出从追赶到领跑的关键一步”。

中车株洲所研发团队在自主研发的道路上越战越勇，相关成果应用到重载长大组合列车控制系统，并攻克其实时控制和安全保障难题，使我国成为拥有该技术的两个国家之一，又拓展到冶金和矿卡等领域，填补国内空白。

为彻底避免我国牵引传动技术重陷“落后、追赶”的被动局面，2003年，中车株洲所组建了国内第一支轨道交通永磁牵引系统研发团队，和整个行业一起“从零起步”，开展牵引系统向永磁升级换代的研究，我国第一次与国外公司站在同一起跑线上展开较量。

彼时，永磁牵引技术仍属于前瞻性核心技术，别说没有接触过，就连研究的对象也只是一个概念。

研发团队依托5个国家级和省部级项目，历时11年，经历千百次试验，最终成功攻克多模参数耦合的高精度和高动态性能转矩控制、基于高反电势逆向穿越的动力柔性重构控制、全速域高性能位置辨识算法及高效高功率密度永磁牵引电机设计等关键技术，形成了完备的轨道交通永磁牵引系统技术平台，奠定了中国永磁牵引系统技术发展模式。

2015年8月1日，一列外观看上去与其它车别无二致的银白色高速列车正在晋陕大动脉大西高铁客运专线上飞速前进。

这是我国最新研制的永磁高铁，经过这个阶段的线路型式试验后，中国永磁高铁就有望投入正线运行。我国迎来了永磁牵引系统在高铁上应用的历史拐点。

如今，其成果已在高速列车、地铁车辆等批量应用，其能耗较异步牵引系统分别降低10%、30%以上。永磁驱动技术不仅在轨道交通领域引发了技术革命，而且还是新能源汽车、超高速永磁驱动离心商用空调、风力发电等领域的核心技术，成为高端装备技术进步的基石。

冯江华，湖南衡阳人，1989年毕业于浙江大学，获硕士学位，2008年毕业于中南大学，获工学博士学位，教授级高工。现任中车株洲电力机车研究所副总经理兼总工程师，新型功率半导体器件国家重点实验室主任，第十二届湖南省政协委员。