軌道交通電氣化專輯主編評(píng)述

李永東，宋文勝，王琛琛

（1.清華大學(xué)；2.西南交通大學(xué)；3.北京交通大學(xué)）

近年來(lái)，我國(guó)軌道交通建設(shè)取得了舉世矚目的成就。截至2020 年底，全國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程達(dá)到14.6萬(wàn)公里，其中高速鐵路3.8 萬(wàn)公里，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路7 545.5 公里。與此同時(shí)，軌道交通裝備產(chǎn)業(yè)也取得了快速發(fā)展，成為我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要力量。隨著我國(guó)軌道交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，以電力電子變換器和電力驅(qū)動(dòng)為核心的軌道交通電氣化技術(shù)成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。與此同時(shí)，新型牽引供電與電力傳動(dòng)拓?fù)?、寬禁帶半?dǎo)體、儲(chǔ)能設(shè)備和系統(tǒng)、健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)等技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注和研究。為展示軌道交通電力牽引變流領(lǐng)域的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，共同推動(dòng)軌道交通電氣化技術(shù)進(jìn)一步深入研究，《電源學(xué)報(bào)》 特別推出軌道交通電氣化專輯。本專輯共計(jì)收到投稿30 篇，經(jīng)過細(xì)致評(píng)審，最終錄用論文18 篇，其中：功率器件驅(qū)動(dòng)與熱損耗分析方面4 篇,牽引變流器優(yōu)化控制與調(diào)制方面3 篇,電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其控制方面5 篇,牽引變流器壽命與可靠性評(píng)估方面3 篇以及新型牽引供電與牽引傳動(dòng)拓?fù)浞矫? 篇。

功率器件是高速列車牽引變流裝備以及牽引供電系統(tǒng)電能變換裝備的核心部件，其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)、損耗與結(jié)溫分布特性是影響可靠性與使用壽命的關(guān)鍵因素，尤其是高頻寬禁帶SiC 器件的應(yīng)用成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。來(lái)自北京交通大學(xué)的邵天驄和鄭瓊林等[1]在《一種提高SiC MOSFET 在高開關(guān)速率下柵極電壓穩(wěn)定性的驅(qū)動(dòng)電路》論文中，根據(jù)柵源電壓干擾的傳導(dǎo)特點(diǎn)，基于輔助器件的跨導(dǎo)增益構(gòu)建負(fù)反饋控制回路，提出一種SiC MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)和短路保護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)了高開關(guān)速率下SiC MOSFET 的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)與可靠的短路保護(hù)。來(lái)自中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的李巖磊等[2]在《牽引變流器中6 500 V場(chǎng)終止IGBT 的物理場(chǎng)仿真研究》論文中，針對(duì)牽引變流器用大功率IGBT 封裝模塊，考慮其靜動(dòng)態(tài)特性和封裝寄生參數(shù)影響，建立了一種精確的IGBT封裝電路模型，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了牽引整流器精確電路模型。來(lái)自西南交通大學(xué)的張思慧和宋文勝等[3]在《基于熱阻抗模型的三相逆變器功率器件結(jié)溫監(jiān)測(cè)方法》論文中，針對(duì)基于空間矢量脈寬調(diào)制的兩電平三相牽引逆變器，利用熱阻抗模型預(yù)測(cè)法對(duì)IGBT 模塊的結(jié)溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立了結(jié)溫計(jì)算模型，并開展了PLECS 軟件熱仿真和小功率實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究，為功率器件在線結(jié)溫提取提供了解決方案和思路。來(lái)自北京交通大學(xué)的羅章和郭希錚等[4]在《軌道交通牽引四象限變流器三電平SiC/Si 混合型拓?fù)鋼p耗分析》論文中，針對(duì)軌道交通應(yīng)用大功率低開關(guān)頻率的特征，對(duì)比研究了不同三電平SiC/Si 混合型拓?fù)涞膿p耗與效率，并提出了一種T 型中點(diǎn)箝位三電平SiC/Si 混合型拓?fù)洹?/p>

高效高功率密度、低諧波含量和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)一直是大功率、低開關(guān)頻率牽引變流器的發(fā)展方向，高性能的控制與調(diào)制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的重要手段。來(lái)自清華大學(xué)的朱宏和李永東等[5]在《多電平變換器PWM 控制技術(shù)研究現(xiàn)狀綜述及最新進(jìn)展》論文中，綜述了各種多電平載波和空間矢量PWM方法，著重闡述了虛擬空間矢量PWM 以及在其基礎(chǔ)上衍生的各類優(yōu)化虛擬空間矢量PWM 在中點(diǎn)電壓平衡控制中的應(yīng)用，介紹了n 電平任意段多電平空間矢量PWM 與SPWM 本質(zhì)上的聯(lián)系，根據(jù)其統(tǒng)一性提出了優(yōu)化PWM 算法。來(lái)自北京交通大學(xué)的李穎川和王琛琛等[6]在《基于傅里葉級(jí)數(shù)擬合實(shí)現(xiàn)的三電平SHEPWM》論文中，采用傅里葉級(jí)數(shù)擬合法，實(shí)現(xiàn)了三電平SHEPWM 的開關(guān)角曲線擬合，降低了曲線擬合的復(fù)雜度。來(lái)自中車青島四方車輛研究所有限公司的韓坤和西南交通大學(xué)的陳津輝等[7]在《單相PWM 整流器兩矢量有限集模型預(yù)測(cè)電流控制》論文中，研究了一種單相整流器兩矢量有限集模型預(yù)測(cè)電流控制方法，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)頻率固定、網(wǎng)側(cè)電流諧波含量低和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等控制目標(biāo)。

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方面，異步牽引電機(jī)已在軌道交通中廣泛應(yīng)用，永磁同步電機(jī)因其高效率、高功率密度的特點(diǎn)，在當(dāng)前軌道交通應(yīng)用中受到廣泛關(guān)注和研究。來(lái)自北京交通大學(xué)的王震和周明磊等[8]在《方波工況下PMSM 單電流調(diào)節(jié)器控制策略的研究》論文中，對(duì)比研究了方波工況下永磁同步電機(jī)六種不同的單電流環(huán)控制策略。來(lái)自中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的白龍[9]在《基于有源阻尼的大功率永磁牽引電機(jī)電流控制》論文中，針對(duì)直流側(cè)無(wú)LC 回路的牽引變流器二倍頻脈動(dòng)引起永磁同步電機(jī)在特定的定子頻率點(diǎn)振蕩問題，提出了一種基于有源阻尼注入方法的新型電流控制策略，并完成了半實(shí)物仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證研究。來(lái)自中車株洲電力機(jī)車研究所的李程等[10]在《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在永磁同步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制參數(shù)尋優(yōu)中的應(yīng)用》論文中，提出了一種使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)模型預(yù)測(cè)控制參數(shù)尋優(yōu)的方法，證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以更好地替代仿真模型來(lái)進(jìn)行參數(shù)組合最優(yōu)解的快速窮舉搜索。來(lái)自沈陽(yáng)工程學(xué)院的王秀平等[11]在《基于Halbach 分布的磁障耦合永磁軌道交通驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)的推力分析》論文中，借助解析法和有限元分析法對(duì)比分析了4 種Halbach 永磁體陣列對(duì)磁障耦合永磁軌道交通驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)的推力、推力脈動(dòng)和損耗的影響。來(lái)自中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司的于勇等[12]在《高速動(dòng)車組輪徑差與牽引電機(jī)功率及溫升耦合性研究》論文中，針對(duì)高速列車不同輪對(duì)間輪徑差引起牽引電機(jī)實(shí)際發(fā)揮功率不一致，進(jìn)而造成電機(jī)溫升差異顯著的問題，提出了一種采用車控方式的牽引電機(jī)“輪徑差-功率溫升”分析方法，可對(duì)高速列車運(yùn)行過程中報(bào)電機(jī)過溫等問題進(jìn)行有效規(guī)避。

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，為了提升供電質(zhì)量和牽引傳動(dòng)效能，電力電子化牽引供電與新制式牽引變流系統(tǒng)已成為軌道交通電氣化的研究熱點(diǎn)。來(lái)自中國(guó)鐵道科學(xué)研究院的馬穎濤[13]在《動(dòng)車組牽引與輔助供電的綜合直流系統(tǒng)》論文中，提出一種面向未來(lái)動(dòng)車組的綜合直流系統(tǒng)，可顯著提升系統(tǒng)靈活性，便利儲(chǔ)能設(shè)備接入，充分發(fā)揮新一代碳化硅器件的優(yōu)勢(shì)。來(lái)自蘇州大學(xué)的成林千和何立群等[14]在《三相AC/DC 型電力電子變壓器高頻直流環(huán)節(jié)回流功率優(yōu)化控制研究》論文中，以滿足軌道交通牽引供電的智能化需求為目標(biāo)，以具備功率調(diào)節(jié)與能量路由功能的電力電子變壓器為研究對(duì)象，提出了功率解耦和擴(kuò)展移相協(xié)同控制的回流功率抑制方法。來(lái)自國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司的楊軼成等[15]在《基于超級(jí)電容的雙向DC-DC 變換器控制研究》論文中，針對(duì)軌道交通1 500 V 系統(tǒng)再生制動(dòng)能量利用問題，研究了基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的輸入串聯(lián)多相并聯(lián)雙向DC-DC 變換器控制及其系統(tǒng)能量管理策略。

截至2020 年，我國(guó)每天有5000 多列高速列車在線運(yùn)營(yíng)，電力牽引系統(tǒng)是高速列車的動(dòng)力源，其健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)和壽命評(píng)估是保障列車安全運(yùn)行和高效維修的關(guān)鍵因素。高速列車智能運(yùn)維成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。來(lái)自西南交通大學(xué)的葛興來(lái)等[16]在《車載牽引變流器關(guān)鍵部件壽命評(píng)估綜述》論文中，調(diào)研總結(jié)了牽引變流器的關(guān)鍵部件—IGBT 模塊和電容器的壽命評(píng)估方法，對(duì)比分析了基于故障數(shù)據(jù)、基于任務(wù)剖面以及基于性能退化數(shù)據(jù)的壽命評(píng)估方法。來(lái)自北京交通大學(xué)的黃先進(jìn)等[17]在《考慮線路運(yùn)行環(huán)境的牽引變流器IGBT 壽命評(píng)估》論文中，通過Simulink 與PLECS 的電熱聯(lián)合仿真，得到了考慮列車運(yùn)行工況的IGBT 損傷度，給出了基于變流器運(yùn)行工況的IGBT 壽命評(píng)估流程。來(lái)自華南理工大學(xué)的許銘林和張波等在[18]《軌道交通大功率模塊化不間斷供電電源可靠性和經(jīng)濟(jì)性分析》論文中，針對(duì)軌道交通信號(hào)設(shè)備用的不間斷電源（UPS）,為保證其可靠性并盡可能降低成本，提出了一種計(jì)及時(shí)間成本和運(yùn)行損耗的UPS 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法。

綜上，本專輯的論文從功率器件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與熱損耗評(píng)估、牽引變流器控制與調(diào)制、永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、新型牽引供電與牽引變流拓?fù)?、牽引變流器壽命評(píng)估與可靠性等方面提出了新思路和新方法。然而，面向軌道交通牽引傳動(dòng)高功率密度化與智能化、牽引供電高品質(zhì)與智能化的發(fā)展趨勢(shì)，還有許多問題值得深入研究，需要電力電子與電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的專家們一起努力，進(jìn)一步探討，共同為把我國(guó)建成軌道交通強(qiáng)國(guó)而奮斗。

最后，衷心感謝西南交通大學(xué)的陳民武教授、麥瑞坤教授、劉煒副教授、熊成林博士，北京交通大學(xué)的林飛教授、李偉力教授、刁利軍教授、郭希錚副教授、楊曉峰副教授、曾國(guó)宏副教授以及李棟副教授等30 余位專家學(xué)者和業(yè)界同行們對(duì)于本專輯稿件評(píng)審工作的大力支持！

角色中涉及的動(dòng)畫主要通過Unity 中內(nèi)置的動(dòng)畫狀態(tài)機(jī)Animator 實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)畫片段的邏輯管理和統(tǒng)一管理。Animator 方便的圖形化界面可以讓角色控制更為清晰，也直接利于代碼的管理和編寫。通過對(duì)Animation 和邏輯狀態(tài)統(tǒng)一管理，利用腳本就可以管理整個(gè)Animator 實(shí)現(xiàn)角色的一系列動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中角色執(zhí)行相應(yīng)的漫游和展示動(dòng)作。Animator 利于把抽象的邏輯關(guān)系重新組合，能大幅度增加角色的真實(shí)性和沉浸感。