高压变频调速技术在交通与节能领域的应用

    目前，我国正处于大力发展高速铁路运输。交流调速技术作为高速动车组电力牵引的核心技术，将有广阔的应用前景。我国的人口、资源、土地、文化传统、城市化进程等决定了大规模客运的长期存在，其中的快速客运需求不可能被高速公路和民航完全满足，铁路必定要在高速客运市场上扮演最重要的角色，我国高速铁路技术市场潜力巨大，可以说是全球最大的高速铁路市场。目前世界各国的新建高速铁路仅6300公里，而根据国家批准的“中长期铁路网规划”，我国将在2020年以前建设快速客运专线12,000公里以上，我国高速铁路客运网将超过其他所有国家的总和。按照以前对京沪高速铁路造价的估算，我国高速铁路建设成本约为8000万元¬¬到1亿元人民币/公里，因此将有超过10,000亿元人民币的庞大建设和技术装备市场。
除了干线铁路，城市的轨道交通由于具有快速、运量大、低噪音、舒适安全、节能环保等诸多优点，成为世界各国解决日益严重的城市交通问题的首选。我国城市轨道交通的发展已经历了40年的历史，到2010年，中国城市将建成30多条地铁和轻轨线路，总里程达2,000公里，全国投资总规模达几千亿元。可以说，我国的城市轨道交通和铁路交通一样，拥有庞大的市场潜力，这在很大程度上可以带动交流调速产业的发展。

    4．请您谈谈在交流电力机车的牵引中高压大功率变流器的技术需求与应用情况？

    游教授：高压大功率主牵引变流器是交流电力机车的心脏，决定了列车的启动、制动和最高运行速度等性能，机车技术的发展，集中反映到牵引变流器的发展上。应用于电力机车的牵引变流器大致经历了晶闸管变流器、GTO变流器、IGBT变流器三个发展阶段。从 IGBT器件出现以来，机车主牵引变流器经过二十多年的发展，已经发展到第五代产品。目前IGBT已逐步成为机车主牵引变流器和辅助变流器的主流功率器件。用于机车的牵引变流器较其他工业用变流器具有更高的要求，具体表现在以下几个方面：首先是设计集约化、模块化，力求结构紧凑，小型轻量，维修方便。器件按开关组件或相构件形式做成半成品的模块，通过接插件方式联接，尽量不用螺钉、螺母，以方便装拆；第二是要保证足够的电磁兼容性，包括抑制对外部的电磁发射、内部各子系统间和各部件间的相互干扰以及抗干扰能力。对于采用如IGBT一类的高开关频率器件的变流器，还应注意因高的du／dt值通过零部件和线路的杂散电容引起的传导干扰，以及轴电压和轴承电流的破坏性作用；第三是需要在有限的空间发挥很大的牵引功率，要求更高的功率密度，同时要实现制动能量的回馈；此外，车载运行环境相对地面静止环境在温度、振动、冲击、灰尘等诸多方面更加严格。

    西门子、庞巴迪、阿尔斯通、三菱等拥有先进交流传动系统技术的国外公司，都拥有完整的机车牵引变流器产品研发平台。这些公司针对铁路和城市轨道交通应用领域，开发出了高压大电流高功率密度的系列牵引变流器。目前在世界重载和高速牵引领域，主要有以下3种系列牵引变流器：庞巴迪公司MITRAC TC 3000系列牵引变流器；西门子公司SIBAC系列牵引变流器；阿尔斯通公司ONIX系列牵引变流器。这些牵引变流器在我国引进和合作生产的机车上都有应用。我国自主研发的交流电力机车主牵引变流器还处于试验应用阶段，期待着更多从事国内高压大功率变流器的生产厂商关注并加入机车牵引变流器的行业。

    5.请您谈谈双方的合作情况。

    游教授：近年来，利德华福与北京交通大学电气工程学院建立了战略合作关系，双方签署了“科技创新战略合作协议书”、“利德华福电气奖学金协议书”等四项协议，依照“优势互补、注重实效、互利互惠、合作发展”的原则，在发展战略、科技攻关、人才培养等方面逐步形成全方位合作与交流，实现了资源的有效利用和共享，形成了双方互补互利、协调发展的格局。“利德华福电气”奖学金目前已经资助了北京交通大学电气工程学院品学兼优的学生数十人，以帮助其完成学业，该奖学金在学生中产生了很大的影响。北京交通大学电气工程学院曾选派了许多学生前往利德华进行生产实习，并多次组织师生参观利德华福高压变频器生产基地、请公司领导介绍公司的发展情况，加深了师生对利德华福的了解，许多学生在毕业后还选择了加盟利德华福。目前，双方的合作十分愉快，我们希望将这一合作持续开展下去。

    正值贵企业十周年之际，我们祝愿利德华福持续创新，吸引更多的人才，为用户不断开发新产品，进入新的应用领域，作为中国企业的优秀代表走向国际，取得更大的成绩，助力中华民族的伟大复兴！

    游小杰简介：游小杰，捷克布拉格工业大学博士，清华大学博士后。现任北京交通大学电气学院教授、博士生导师，电力电子与电力牵引研究所所长，北京电力电子学会理事，《电力电子》杂志副主编，长期从事电力电子与电力传动领域的科研与教学工作。