軌道交通電氣化專輯主編評述

李永東，宋文勝，王琛琛

（1.清華大學；2.西南交通大學；3.北京交通大學）

近年來，我國軌道交通建設取得了舉世矚目的成就。截至2020 年底，全國鐵路營運里程達到14.6萬公里，其中高速鐵路3.8 萬公里，城市軌道交通運營線路7 545.5 公里。與此同時，軌道交通裝備產業也取得了快速發展，成為我國戰略性新興產業和支撐國家經濟增長的重要力量。隨著我國軌道交通事業的迅猛發展，以電力電子變換器和電力驅動為核心的軌道交通電氣化技術成為了近年來的研究熱點。與此同時，新型牽引供電與電力傳動拓撲、寬禁帶半導體、儲能設備和系統、健康狀態監測等技術在軌道交通中的應用也得到了廣泛關注和研究。為展示軌道交通電力牽引變流領域的最新進展和發展趨勢，共同推動軌道交通電氣化技術進一步深入研究，《電源學報》 特別推出軌道交通電氣化專輯。本專輯共計收到投稿30 篇，經過細致評審，最終錄用論文18 篇，其中：功率器件驅動與熱損耗分析方面4 篇,牽引變流器優化控制與調制方面3 篇,電機驅動及其控制方面5 篇,牽引變流器壽命與可靠性評估方面3 篇以及新型牽引供電與牽引傳動拓撲方面3 篇。

功率器件是高速列車牽引變流裝備以及牽引供電系統電能變換裝備的核心部件，其驅動設計、損耗與結溫分布特性是影響可靠性與使用壽命的關鍵因素，尤其是高頻寬禁帶SiC 器件的應用成為當前的研究熱點。來自北京交通大學的邵天驄和鄭瓊林等[1]在《一種提高SiC MOSFET 在高開關速率下柵極電壓穩定性的驅動電路》論文中，根據柵源電壓干擾的傳導特點，基于輔助器件的跨導增益構建負反饋控制回路，提出一種SiC MOSFET 柵極驅動和短路保護策略，實現了高開關速率下SiC MOSFET 的穩定驅動與可靠的短路保護。來自中國鐵道科學研究院的李巖磊等[2]在《牽引變流器中6 500 V場終止IGBT 的物理場仿真研究》論文中，針對牽引變流器用大功率IGBT 封裝模塊，考慮其靜動態特性和封裝寄生參數影響，建立了一種精確的IGBT封裝電路模型，在此基礎上構建了牽引整流器精確電路模型。來自西南交通大學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溫監測方法》論文中，針對基于空間矢量脈寬調制的兩電平三相牽引逆變器，利用熱阻抗模型預測法對IGBT 模塊的結溫進行監測，建立了結溫計算模型，并開展了PLECS 軟件熱仿真和小功率實驗驗證研究，為功率器件在線結溫提取提供了解決方案和思路。來自北京交通大學的羅章和郭希錚等[4]在《軌道交通牽引四象限變流器三電平SiC/Si 混合型拓撲損耗分析》論文中，針對軌道交通應用大功率低開關頻率的特征，對比研究了不同三電平SiC/Si 混合型拓撲的損耗與效率，并提出了一種T 型中點箝位三電平SiC/Si 混合型拓撲。

高效高功率密度、低諧波含量和快速動態響應一直是大功率、低開關頻率牽引變流器的發展方向，高性能的控制與調制技術是實現該目標的重要手段。來自清華大學的朱宏和李永東等[5]在《多電平變換器PWM 控制技術研究現狀綜述及最新進展》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 以及在其基礎上衍生的各類優化虛擬空間矢量PWM 在中點電壓平衡控制中的應用，介紹了n 電平任意段多電平空間矢量PWM 與SPWM 本質上的聯系，根據其統一性提出了優化PWM 算法。來自北京交通大學的李穎川和王琛琛等[6]在《基于傅里葉級數擬合實現的三電平SHEPWM》論文中，采用傅里葉級數擬合法，實現了三電平SHEPWM 的開關角曲線擬合，降低了曲線擬合的復雜度。來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的陳津輝等[7]在《單相PWM 整流器兩矢量有限集模型預測電流控制》論文中，研究了一種單相整流器兩矢量有限集模型預測電流控制方法，實現了開關頻率固定、網側電流諧波含量低和動態響應快等控制目標。

在電機驅動控制方面，異步牽引電機已在軌道交通中廣泛應用，永磁同步電機因其高效率、高功率密度的特點，在當前軌道交通應用中受到廣泛關注和研究。來自北京交通大學的王震和周明磊等[8]在《方波工況下PMSM 單電流調節器控制策略的研究》論文中，對比研究了方波工況下永磁同步電機六種不同的單電流環控制策略。來自中國鐵道科學研究院的白龍[9]在《基于有源阻尼的大功率永磁牽引電機電流控制》論文中，針對直流側無LC 回路的牽引變流器二倍頻脈動引起永磁同步電機在特定的定子頻率點振蕩問題，提出了一種基于有源阻尼注入方法的新型電流控制策略，并完成了半實物仿真和試驗驗證研究。來自中車株洲電力機車研究所的李程等[10]在《神經網絡在永磁同步電機模型預測控制參數尋優中的應用》論文中，提出了一種使用神經網絡來實現永磁同步電機模型預測控制參數尋優的方法，證明了神經網絡可以更好地替代仿真模型來進行參數組合最優解的快速窮舉搜索。來自沈陽工程學院的王秀平等[11]在《基于Halbach 分布的磁障耦合永磁軌道交通驅動直線電機的推力分析》論文中，借助解析法和有限元分析法對比分析了4 種Halbach 永磁體陣列對磁障耦合永磁軌道交通驅動直線電機的推力、推力脈動和損耗的影響。來自中車青島四方機車車輛股份有限公司的于勇等[12]在《高速動車組輪徑差與牽引電機功率及溫升耦合性研究》論文中，針對高速列車不同輪對間輪徑差引起牽引電機實際發揮功率不一致，進而造成電機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“輪徑差-功率溫升”分析方法，可對高速列車運行過程中報電機過溫等問題進行有效規避。

隨著電力電子技術的快速發展，為了提升供電質量和牽引傳動效能，電力電子化牽引供電與新制式牽引變流系統已成為軌道交通電氣化的研究熱點。來自中國鐵道科學研究院的馬穎濤[13]在《動車組牽引與輔助供電的綜合直流系統》論文中，提出一種面向未來動車組的綜合直流系統，可顯著提升系統靈活性，便利儲能設備接入，充分發揮新一代碳化硅器件的優勢。來自蘇州大學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節回流功率優化控制研究》論文中，以滿足軌道交通牽引供電的智能化需求為目標，以具備功率調節與能量路由功能的電力電子變壓器為研究對象，提出了功率解耦和擴展移相協同控制的回流功率抑制方法。來自國電南京自動化股份有限公司的楊軼成等[15]在《基于超級電容的雙向DC-DC 變換器控制研究》論文中，針對軌道交通1 500 V 系統再生制動能量利用問題，研究了基于超級電容儲能的輸入串聯多相并聯雙向DC-DC 變換器控制及其系統能量管理策略。

截至2020 年，我國每天有5000 多列高速列車在線運營，電力牽引系統是高速列車的動力源，其健康狀態監測和壽命評估是保障列車安全運行和高效維修的關鍵因素。高速列車智能運維成為當前的研究熱點。來自西南交通大學的葛興來等[16]在《車載牽引變流器關鍵部件壽命評估綜述》論文中，調研總結了牽引變流器的關鍵部件—IGBT 模塊和電容器的壽命評估方法，對比分析了基于故障數據、基于任務剖面以及基于性能退化數據的壽命評估方法。來自北京交通大學的黃先進等[17]在《考慮線路運行環境的牽引變流器IGBT 壽命評估》論文中，通過Simulink 與PLECS 的電熱聯合仿真，得到了考慮列車運行工況的IGBT 損傷度，給出了基于變流器運行工況的IGBT 壽命評估流程。來自華南理工大學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濟性分析》論文中，針對軌道交通信號設備用的不間斷電源（UPS）,為保證其可靠性并盡可能降低成本，提出了一種計及時間成本和運行損耗的UPS 經濟性評估方法。

綜上，本專輯的論文從功率器件驅動設計與熱損耗評估、牽引變流器控制與調制、永磁同步電機驅動控制、新型牽引供電與牽引變流拓撲、牽引變流器壽命評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高功率密度化與智能化、牽引供電高品質與智能化的發展趨勢，還有許多問題值得深入研究，需要電力電子與電力系統等領域的專家們一起努力，進一步探討，共同為把我國建成軌道交通強國而奮斗。

最后，衷心感謝西南交通大學的陳民武教授、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、曾國宏副教授以及李棟副教授等30 余位專家學者和業界同行們對于本專輯稿件評審工作的大力支持！

角色中涉及的動畫主要通過Unity 中內置的動畫狀態機Animator 實現對動畫片段的邏輯管理和統一管理。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Animation 和邏輯狀態統一管理，利用腳本就可以管理整個Animator 實現角色的一系列動作，從而實現系統中角色執行相應的漫游和展示動作。Animator 利于把抽象的邏輯關系重新組合，能大幅度增加角色的真實性和沉浸感。