高速列车永磁牵引系统设计理论与方法研究

It is of great theoretical significance and application prospect to apply the technologies on permanent magnet motors (PMM) to updating the traction system on high-speed trains, as well as enhancing its efficiency, reliability and speed-governing performance. So far, the demonstrating operations of PMM-based traction systems have been carried out on several railways in the developed countries, and the same attempt has been launched on domestic high-speed trains. Industrial practice has indicated that the design theory of PMM-based traction systems is still inadequate, which, to a certain extent, restricts the equipment development and industrial practice. This project focuses on the theory flaws and technology bottlenecks of design theories for traction control, motor design, converter design, experimental technology and system optimization. The goal of this project is to optimize theoretic model, increase efficiency and accuracy of calculation and analysis, and ultimately implement systematic global optimization, based on which, the design theory for PMM-based traction systems on high-speed trains with independent intellectual property rights will be achieved. The validation, optimization and perfection of the proposed theories will be completed through numerical simulation, semi-physical simulation and experiments on prototypes. The achievement can provide a support for the development of China’s next generation high-speed trains.

应用永磁电机技术对高速列车牵引传动系统进行升级，提升其效率、可靠性和调速性能具有重要的理论意义和应用前景，其推广将产生显著的经济与社会效益。目前，各发达国家已在多条线路上实现了永磁电机牵引传动系统的示范运行，我国也已开始高速列车领域的尝试。工程实践表明永磁电机牵引传动系统的设计理论与方法尚不完善，某种程度上制约了装备开发与工程实践。本项目将围绕设计理论中存在的牵引控制、电机设计、变流器设计、试验技术与系统优化等方面的理论缺陷与技术瓶颈展开系统研究，优化理论模型，提高计算分析的效率与精度，实现系统条件下的全局优化，在此基础上形成自主的高速列车永磁电机牵引传动系统设计理论与方法，并通过数值仿真与半实物仿真、样机研制与模型和实际样机试验进行验证、优化与完善，为我国下一代高速列车研发提供支撑。

应用永磁电机技术对高速列车牵引传动系统进行升级，提升其效率、可靠性和调速性能具有重要的理论意义和应用前景，其推广将产生显著的经济与社会效益。目前，各发达国家已在多条线路上实现了永磁电机牵引传动系统的示范运行，我国也已开始高速列车领域的尝试。工程实践表明永磁电机牵引传动系统的设计理论与方法尚不完善，某种程度上制约了装备开发与工程实践。本项目围绕设计理论中存在的牵引控制、电机设计、变流器设计、试验技术与系统优化等方面的理论缺陷与技术瓶颈展开系统研究，优化理论模型，提高了计算分析的效率与精度，实现系统条件下的全局优化，在此基础上形成自主了高速列车永磁电机牵引传动系统设计理论与方法，并通过数值仿真与半实物仿真、样机研制与模型和实际样机试验进行验证、优化与完善，为我国下一代高速列车研发提供支撑。本项目发明的各项技术的有效性和先进性通过实际运行得到了验证并已应用于永磁空调、永磁城际列车、永磁地铁列车等相关产品，取得良好的经济效益。运行结果表明与异步电机相比，列车百公里人均能耗下降12.46%，单车年节电超过200万度。项目已通过由多名国内同行知名专家的成果鉴定，评价为“整体技术居国际领先水平”。如果用永磁电机对现有高速列车进行全面替代，年节电超过60亿度，按照最新的铁路网规划，未来我国将投入运行高速列车超过4000辆，如果完全用永磁电机进行替代，年节电将超过92亿度，社会效益显著。项目发表论文31篇、出版专著1部，申请发明专利19项，获国家发明二等奖1项，中国铁道学会科技进步一等奖1项，并入选由中国科学院、中国工程院评选的中国十大科技进展新闻。