牵引与控制系统是高速列车动力系统的核心之一,而永磁同步牵引系统将是轨道交通下一代牵引系统的主流产品。
“我国将在更高速度等级高铁列车上应用自主研发的永磁同步牵引系统,让飞驰的高铁更省电、更绿色。”日前,在接受科技日报记者采访时,中国中车首席科学家,中车株洲电力机车研究所有限公司(以下简称“中车株洲所”)副总经理、总工程师冯江华说。
啃下异步传动牵引“硬骨头”
记者:可否请您介绍一下电机牵引系统?
冯江华:牵引系统是轨道交通车辆的“心脏”和“大脑”,是车辆动力的关键来源,更是其高速、绿色、安全运行的关键。它主要分为直流系统、交流系统和永磁系统三种。其性能在某种程度上决定了车辆的动力、能耗和控制特性,是车辆节能升级的关键部件。
记者:20世纪90年代,您组建了国内第一个异步电机牵引控制技术研究与工程实践团队。您为何要带领团队在这片“无人区”开疆拓土?
冯江华:上世纪七八十年代,德、日等铁路装备强国竞相发展高速列车。当时,他们采用的主流技术是异步传动牵引技术,并对其实施技术封锁。
那时我国正在进行高速列车自主样车研究,对异步传动牵引技术有强烈的技术需求。但当时,我国在这一技术领域却是一片空白。因此,我组建了国内第一个异步电机牵引控制技术研究与工程实践团队。
记者:研制过程顺利吗?
冯江华:那个时候,我们几乎没有任何可借鉴的资料,很多原理性试验只能“摸着石头过河”,甚至连试验结果的准确性都无法判断。
我们夜以继日地开展了多次中小功率样机系统试验研究,经历的失败不计其数。但我们没有沮丧放弃,而是在挫折中一步一步坚毅前行。
记者:在研发过程中,您和团队攻克了哪些技术难关?
冯江华:通过两年多攻关,我们攻克了低开关频率下电机磁链和转矩高实时控制等关键技术,确立了自主异步牵引控制技术模式,啃下了高性能异步牵引及控制这块硬骨头,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。
此后十余年间,我们陆续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。这些技术成功应用在我国最早自主研制的“中华之星”等高速列车上,后来又在和谐号上实现批量应用。
记者:异步传动牵引技术目前发展情况如何?
冯江华:近20年来,我国高铁技术不断发展。从和谐号闪亮登场,到复兴号横空出世,我国逐渐建成世界最大的高铁运营网络,牵引控制技术也在持续优化。
复杂的高铁运营环境以及亟待攻克的关键核心技术带来的挑战一直摆在我们面前。近年来,我们陆续攻克了一系列难题。比如,为满足高寒动车组在长大坡道持续高速运行的需求,团队大胆提出新的控制策略,在自主控制器完成验证的基础上,我们实现了在功率提升20%的同时温升降低25开氏度(K),一举解决了高能效牵引的行业难题。此外,在车—网稳定、装备安全等领域也解决了多个难题。