轨道交通电气化专辑主编评述

李永东，宋文胜，王琛琛

（1.清华大学；2.西南交通大学；3.北京交通大学）

近年来，我国轨道交通建设取得了举世瞩目的成就。截至2020 年底，全国铁路营运里程达到14.6万公里，其中高速铁路3.8 万公里，城市轨道交通运营线路7 545.5 公里。与此同时，轨道交通装备产业也取得了快速发展，成为我国战略性新兴产业和支撑国家经济增长的重要力量。随着我国轨道交通事业的迅猛发展，以电力电子变换器和电力驱动为核心的轨道交通电气化技术成为了近年来的研究热点。与此同时，新型牵引供电与电力传动拓扑、宽禁带半导体、储能设备和系统、健康状态监测等技术在轨道交通中的应用也得到了广泛关注和研究。为展示轨道交通电力牵引变流领域的最新进展和发展趋势，共同推动轨道交通电气化技术进一步深入研究，《电源学报》 特别推出轨道交通电气化专辑。本专辑共计收到投稿30 篇，经过细致评审，最终录用论文18 篇，其中：功率器件驱动与热损耗分析方面4 篇,牵引变流器优化控制与调制方面3 篇,电机驱动及其控制方面5 篇,牵引变流器寿命与可靠性评估方面3 篇以及新型牵引供电与牵引传动拓扑方面3 篇。

功率器件是高速列车牵引变流装备以及牵引供电系统电能变换装备的核心部件，其驱动设计、损耗与结温分布特性是影响可靠性与使用寿命的关键因素，尤其是高频宽禁带SiC 器件的应用成为当前的研究热点。来自北京交通大学的邵天骢和郑琼林等[1]在《一种提高SiC MOSFET 在高开关速率下栅极电压稳定性的驱动电路》论文中，根据栅源电压干扰的传导特点，基于辅助器件的跨导增益构建负反馈控制回路，提出一种SiC MOSFET 栅极驱动和短路保护策略，实现了高开关速率下SiC MOSFET 的稳定驱动与可靠的短路保护。来自中国铁道科学研究院的李岩磊等[2]在《牵引变流器中6 500 V场终止IGBT 的物理场仿真研究》论文中，针对牵引变流器用大功率IGBT 封装模块，考虑其静动态特性和封装寄生参数影响，建立了一种精确的IGBT封装电路模型，在此基础上构建了牵引整流器精确电路模型。来自西南交通大学的张思慧和宋文胜等[3]在《基于热阻抗模型的三相逆变器功率器件结温监测方法》论文中，针对基于空间矢量脉宽调制的两电平三相牵引逆变器，利用热阻抗模型预测法对IGBT 模块的结温进行监测，建立了结温计算模型，并开展了PLECS 软件热仿真和小功率实验验证研究，为功率器件在线结温提取提供了解决方案和思路。来自北京交通大学的罗章和郭希铮等[4]在《轨道交通牵引四象限变流器三电平SiC/Si 混合型拓扑损耗分析》论文中，针对轨道交通应用大功率低开关频率的特征，对比研究了不同三电平SiC/Si 混合型拓扑的损耗与效率，并提出了一种T 型中点箝位三电平SiC/Si 混合型拓扑。

高效高功率密度、低谐波含量和快速动态响应一直是大功率、低开关频率牵引变流器的发展方向，高性能的控制与调制技术是实现该目标的重要手段。来自清华大学的朱宏和李永东等[5]在《多电平变换器PWM 控制技术研究现状综述及最新进展》论文中，综述了各种多电平载波和空间矢量PWM方法，着重阐述了虚拟空间矢量PWM 以及在其基础上衍生的各类优化虚拟空间矢量PWM 在中点电压平衡控制中的应用，介绍了n 电平任意段多电平空间矢量PWM 与SPWM 本质上的联系，根据其统一性提出了优化PWM 算法。来自北京交通大学的李颖川和王琛琛等[6]在《基于傅里叶级数拟合实现的三电平SHEPWM》论文中，采用傅里叶级数拟合法，实现了三电平SHEPWM 的开关角曲线拟合，降低了曲线拟合的复杂度。来自中车青岛四方车辆研究所有限公司的韩坤和西南交通大学的陈津辉等[7]在《单相PWM 整流器两矢量有限集模型预测电流控制》论文中，研究了一种单相整流器两矢量有限集模型预测电流控制方法，实现了开关频率固定、网侧电流谐波含量低和动态响应快等控制目标。

在电机驱动控制方面，异步牵引电机已在轨道交通中广泛应用，永磁同步电机因其高效率、高功率密度的特点，在当前轨道交通应用中受到广泛关注和研究。来自北京交通大学的王震和周明磊等[8]在《方波工况下PMSM 单电流调节器控制策略的研究》论文中，对比研究了方波工况下永磁同步电机六种不同的单电流环控制策略。来自中国铁道科学研究院的白龙[9]在《基于有源阻尼的大功率永磁牵引电机电流控制》论文中，针对直流侧无LC 回路的牵引变流器二倍频脉动引起永磁同步电机在特定的定子频率点振荡问题，提出了一种基于有源阻尼注入方法的新型电流控制策略，并完成了半实物仿真和试验验证研究。来自中车株洲电力机车研究所的李程等[10]在《神经网络在永磁同步电机模型预测控制参数寻优中的应用》论文中，提出了一种使用神经网络来实现永磁同步电机模型预测控制参数寻优的方法，证明了神经网络可以更好地替代仿真模型来进行参数组合最优解的快速穷举搜索。来自沈阳工程学院的王秀平等[11]在《基于Halbach 分布的磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机的推力分析》论文中，借助解析法和有限元分析法对比分析了4 种Halbach 永磁体阵列对磁障耦合永磁轨道交通驱动直线电机的推力、推力脉动和损耗的影响。来自中车青岛四方机车车辆股份有限公司的于勇等[12]在《高速动车组轮径差与牵引电机功率及温升耦合性研究》论文中，针对高速列车不同轮对间轮径差引起牵引电机实际发挥功率不一致，进而造成电机温升差异显著的问题，提出了一种采用车控方式的牵引电机“轮径差-功率温升”分析方法，可对高速列车运行过程中报电机过温等问题进行有效规避。

随着电力电子技术的快速发展，为了提升供电质量和牵引传动效能，电力电子化牵引供电与新制式牵引变流系统已成为轨道交通电气化的研究热点。来自中国铁道科学研究院的马颖涛[13]在《动车组牵引与辅助供电的综合直流系统》论文中，提出一种面向未来动车组的综合直流系统，可显著提升系统灵活性，便利储能设备接入，充分发挥新一代碳化硅器件的优势。来自苏州大学的成林千和何立群等[14]在《三相AC/DC 型电力电子变压器高频直流环节回流功率优化控制研究》论文中，以满足轨道交通牵引供电的智能化需求为目标，以具备功率调节与能量路由功能的电力电子变压器为研究对象，提出了功率解耦和扩展移相协同控制的回流功率抑制方法。来自国电南京自动化股份有限公司的杨轶成等[15]在《基于超级电容的双向DC-DC 变换器控制研究》论文中，针对轨道交通1 500 V 系统再生制动能量利用问题，研究了基于超级电容储能的输入串联多相并联双向DC-DC 变换器控制及其系统能量管理策略。

截至2020 年，我国每天有5000 多列高速列车在线运营，电力牵引系统是高速列车的动力源，其健康状态监测和寿命评估是保障列车安全运行和高效维修的关键因素。高速列车智能运维成为当前的研究热点。来自西南交通大学的葛兴来等[16]在《车载牵引变流器关键部件寿命评估综述》论文中，调研总结了牵引变流器的关键部件—IGBT 模块和电容器的寿命评估方法，对比分析了基于故障数据、基于任务剖面以及基于性能退化数据的寿命评估方法。来自北京交通大学的黄先进等[17]在《考虑线路运行环境的牵引变流器IGBT 寿命评估》论文中，通过Simulink 与PLECS 的电热联合仿真，得到了考虑列车运行工况的IGBT 损伤度，给出了基于变流器运行工况的IGBT 寿命评估流程。来自华南理工大学的许铭林和张波等在[18]《轨道交通大功率模块化不间断供电电源可靠性和经济性分析》论文中，针对轨道交通信号设备用的不间断电源（UPS）,为保证其可靠性并尽可能降低成本，提出了一种计及时间成本和运行损耗的UPS 经济性评估方法。

综上，本专辑的论文从功率器件驱动设计与热损耗评估、牵引变流器控制与调制、永磁同步电机驱动控制、新型牵引供电与牵引变流拓扑、牵引变流器寿命评估与可靠性等方面提出了新思路和新方法。然而，面向轨道交通牵引传动高功率密度化与智能化、牵引供电高品质与智能化的发展趋势，还有许多问题值得深入研究，需要电力电子与电力系统等领域的专家们一起努力，进一步探讨，共同为把我国建成轨道交通强国而奋斗。

最后，衷心感谢西南交通大学的陈民武教授、麦瑞坤教授、刘炜副教授、熊成林博士，北京交通大学的林飞教授、李伟力教授、刁利军教授、郭希铮副教授、杨晓峰副教授、曾国宏副教授以及李栋副教授等30 余位专家学者和业界同行们对于本专辑稿件评审工作的大力支持！

角色中涉及的动画主要通过Unity 中内置的动画状态机Animator 实现对动画片段的逻辑管理和统一管理。Animator 方便的图形化界面可以让角色控制更为清晰，也直接利于代码的管理和编写。通过对Animation 和逻辑状态统一管理，利用脚本就可以管理整个Animator 实现角色的一系列动作，从而实现系统中角色执行相应的漫游和展示动作。Animator 利于把抽象的逻辑关系重新组合，能大幅度增加角色的真实性和沉浸感。