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完成单位：西南交通大学、北京交通大学、北京纵横机电科技有限公司、中车永济电机有限公司、株洲中车时代电气股份有限公司

主要完成人：宋文胜、王琛琛、葛兴来、杨宁、周明磊、刘海涛、徐从谦、麻宸伟、曹虎、陈健

项目亮点

本项目突破了大功率牵引变流系统关键参数匹配优化设计与低开关频率下高性能控制难题，攻克了多因素制约下的牵引变流器设计、研发、性能验证与优化等关键技术。

项目介绍

电力牵引变流系统是高速列车/电力机车的“心脏”，直接关系到列车的安全、稳定、可靠运行，其高功率密度化与高性能控制是实现列车高速度、大运量、高效能的关键。然而，大功率牵引变流系统外部运行环境与内部结构复杂、工况多变、“车-网”耦合效应显著，难以实现系统整体优化设计和高性能控制。为此，项目组攻克了多因素制约下的牵引变流系统关键参数匹配设计、优化控制、牵引变流器研发与性能验证等关键技术，取得如下创新成果：

1、提出适应全天候、全速域、全线路的电力牵引变流系统电气参数集成设计方法，实现了电容、电感等部件的小型轻量化；提出面向运行工况的列车全速域内牵引变流器损耗与温升精细化计算方法，实现了系统功率密度提升的优化设计。

2、发明低开关频率下牵引变流器网侧高精度控制与调制补偿技术，有效减小了注入牵引电网的谐波污染；提出低开关频率下牵引变流器电机侧优化控制与全速域多模式调制方法，实现了列车牵引/制动力平稳输出与快速调控。

3、提出“车-网”耦合系统谐波谐振与低频振荡的车载抑制技术，实现了高频谐振、低频振荡的机理揭示与过电压抑制。

4、构建电力牵引变流系统综合分析平台，实现了参数设计、控制算法与系统性能的高效测试与验证，研制具有自主知识产权的牵引变流装备，功率密度显著提升，实现了复兴号高速列车与 HXD2 系列电力机车批量装车运行。

项目成果授权发明专利32项、软件著作权7项，出版著作3部，发表SCI/EI论文102篇,其中IEEE期刊论文32篇。项目相关技术支撑了复兴号CR400BF、CR300BF系列高速列车与HXD2系列电力机车的牵引变流装备研制，且所研制的牵引变流器已批量装车运行，社会经济效益显著。

项目图片

图1：电力牵引变流系统综合分析平台

图2：高速列车电力牵引变流系统半实物实时仿真子平台（4动4拖编组）

图3：高速列车牵引变流器（型号：TKD502B）

图4：高速列车牵引变流器（型号：TKD511E）

图5：电力机车牵引变流器（型号：YGZN2Q239）

完成单位介绍及对项目的贡献

1、西南交通大学：

作为牵头单位，负责大功率牵引变流器设计与控制关键技术研究与综合分析平台研发，主要贡献有：

（1）完成了牵引变流系统综合仿真测试平台的构建，提出了电力牵引系统参数匹配优化设计方法、牵引变流器优化控制与调制方法、“车-网”与“车-线”耦合下的车载主动安全防护方法，为列车牵引变流器研制提供了理论和技术支撑；

（2）主持研发了电力牵引变流系统参数与特性设计软件、电力牵引变流系统数字化仿真平台，并与北京纵横机电科技有限公司和中车株洲电力机车研究所有限公司联合研发电力牵引变流系统半实物实时仿真平台，为研制高速列车、大功率电力机车牵引变流器的设计和算法验证提供了软件工具与分析平台；

（3）牵头组织实施了电力牵引变流系统综合分析平台的构建，与国内轨道交通装备的骨干企业合作开展了上述技术成果的工程实现与推广应用，全程参与了牵引变流装备的地面联调联试、上车测试和实际运营保障工作。

2、北京交通大学：

作为主要完成单位，参与牵引变流器控制技术研究，重点负责机车牵引变流器高性能控制方案的设计与实现，主要贡献有：

（1）提出“牵引逆变器-电机”控制研究的主体思路、核心技术路线和研究方法，研发了牵引逆变器-电机多模式高性能控制方案、牵引电机全速度范围改进型高性能矢量控制方案、牵引逆变器多模式优化调制策略；

（2）提出低开关频率下单相四象限整流器高性能控制策略；

（3）与国内电力机车装备骨干企业合作，实现了上述成果的工程实现与应用，推动了批量装车运行。

3、北京纵横机电科技有限公司

牵头完成了高速列车牵引变流装备的生产与测试、设计与研制工作，参与电力牵引系统综合平台的设计研发与工程应用，并组织开展了现场测试。主要贡献有:

（1）负责CR400BF、CR300BF系列高速动车组牵引变流装备的工艺设计与生产制造，参与高速列车电力牵引系统参数匹配优化设计与仿真校验工作，并将相关理论与技术，应用于高速列车牵引变流器的设计与研制；

（2）针对自主化牵引变流器开展牵引特性、满转矩速度扫描、组合系统效率特性、牵引传动系统供电网压范围、电磁兼容、振动冲击等试验，对其整体性能进行评估；

（3）参与了电力牵引系统半实物实时仿真平台的研制，负责电力牵引系统半实物系统硬件平台研发。

4、中车永济电机有限公司

主要负责电力机车牵引变流器的设计与研制，与北京交通大学、西南交通大学联合开发了电力牵引系统参数设计与验证软件、牵引控制软件。主要贡献有：

（1）制定了电力机车牵引变流器的产品规范和接口，组织进行了地面联调联试、上车测试和实际运营保障工作，采用本项目相关技术研制的牵引变流器已大批量应用于HXD2系列国产化大功率电力机车和FXD3-J动力集中动车组；

（2）采用本项目网侧脉冲整流器控制技术和黏着控制技术的牵引变流器已在CRH6F等城际动车组中应用，采用本项目黏着控制技术的牵引变流器已成功应用于铁路干线大功率电力机车及高速动车组列车，有效提高了列车的运行效率，保障了列车的运行安全。

5、株洲中车时代电气股份有限公司

参与完成了电力牵引系统半实物实时仿真平台的设计研发与工程应用，主要贡献有:

（1）全程参与平台研发的需求分析、技术方案制定、软硬件接口设计和系统集成;

（2）负责该平台在中车株洲电力机车研究所牵引变流传动系统产品开发流程中的适应性研究;

（3）应用电力牵引系统参数与特性设计软件，完成了CRH380A、CR400AF等系列高速动车组牵引系统装备的优化设计、仿真测试与验证应用。

第一完成人简介

宋文胜 教授

西南交通大学

宋文胜，西南交通大学教授、博导，国家优秀青年基金获得者、四川省“天府青城”计划入选者，现任四川省电力牵引与控制青年科技创新研究团队负责人，西南交通大学-中车时代微电子学院副院长。长期从事列车电力牵引传动系统设计、建模、控制、仿真、健康监测与安全防护等方面的教学科研工作，主持国家级课题6项，省部级以及企业横向项目20余项，以第一作者/通讯作者发表IEEE 汇刊、《中国电机工程学报》等高水平期刊论文80余篇，授权发明专利22项，出版学术著作2部，入选美国斯坦福大学年度全球前2%顶尖科学家、Elsevier“中国高被引学者”，担任中国电源学会青年工作委员会主任、交通电气化专委会副主任、《中国电机工程学报》、《电源学报》等期刊编委。