冯江华：跑出高速列车创新“加速度”

　　牵引与控制系统是高速列车动力系统的核心之一，而永磁同步牵引系统将是轨道交通下一代牵引系统的主流产品。

　　“我国将在更高速度等级高铁列车上应用自主研发的永磁同步牵引系统，让飞驰的高铁更省电、更绿色。”日前，在接受科技日报记者采访时，中国中车首席科学家，中车株洲电力机车研究所有限公司（以下简称“中车株洲所”）副总经理、总工程师冯江华说。

　　啃下异步传动牵引“硬骨头”

　　记者：可否请您介绍一下电机牵引系统？

　　冯江华：牵引系统是轨道交通车辆的“心脏”和“大脑”，是车辆动力的关键来源，更是其高速、绿色、安全运行的关键。它主要分为直流系统、交流系统和永磁系统三种。其性能在某种程度上决定了车辆的动力、能耗和控制特性，是车辆节能升级的关键部件。

　　记者：20世纪90年代，您组建了国内第一个异步电机牵引控制技术研究与工程实践团队。您为何要带领团队在这片“无人区”开疆拓土？

　　冯江华：上世纪七八十年代，德、日等铁路装备强国竞相发展高速列车。当时，他们采用的主流技术是异步传动牵引技术，并对其实施技术封锁。

　　那时我国正在进行高速列车自主样车研究，对异步传动牵引技术有强烈的技术需求。但当时，我国在这一技术领域却是一片空白。因此，我组建了国内第一个异步电机牵引控制技术研究与工程实践团队。

　　记者：研制过程顺利吗？

　　冯江华：那个时候，我们几乎没有任何可借鉴的资料，很多原理性试验只能“摸着石头过河”，甚至连试验结果的准确性都无法判断。

　　我们夜以继日地开展了多次中小功率样机系统试验研究，经历的失败不计其数。但我们没有沮丧放弃，而是在挫折中一步一步坚毅前行。

　　记者：在研发过程中，您和团队攻克了哪些技术难关？

　　冯江华：通过两年多攻关，我们攻克了低开关频率下电机磁链和转矩高实时控制等关键技术，确立了自主异步牵引控制技术模式，啃下了高性能异步牵引及控制这块硬骨头，实现了我国大功率交流传动控制技术的从无到有，使我国成为少数几个掌握该技术的国家之一。

　　此后十余年间，我们陆续攻克了车辆级动力实时控制、分布式系统协同控制等关键技术，搭建了自主轨道交通交流传动技术平台和产业化平台。这些技术成功应用在我国最早自主研制的“中华之星”等高速列车上，后来又在和谐号上实现批量应用。

　　记者：异步传动牵引技术目前发展情况如何？

　　冯江华：近20年来，我国高铁技术不断发展。从和谐号闪亮登场，到复兴号横空出世，我国逐渐建成世界最大的高铁运营网络，牵引控制技术也在持续优化。

　　复杂的高铁运营环境以及亟待攻克的关键核心技术带来的挑战一直摆在我们面前。近年来，我们陆续攻克了一系列难题。比如，为满足高寒动车组在长大坡道持续高速运行的需求，团队大胆提出新的控制策略，在自主控制器完成验证的基础上，我们实现了在功率提升20%的同时温升降低25开氏度（K），一举解决了高能效牵引的行业难题。此外，在车—网稳定、装备安全等领域也解决了多个难题。

　　抢占永磁牵引技术领域制高点

　　记者：您是国内最早提出并启动高速列车永磁牵引技术研究的人员。什么是永磁牵引技术，其优势是什么？

　　冯江华：2000年，在一次国际学术会议上，我第一次接触国外永磁同步牵引技术。当时，这项技术属于前瞻性核心技术，在全球尚处于起步阶段。

　　永磁牵引系统是轨道交通新一代电机牵引系统的发展方向。与传统异步电机牵引系统相比，永磁同步牵引系统更小、更轻、更节能，节能率最高可达30%。

　　记者：您为什么开始这项技术研发？

　　冯江华：我感觉自己有一种使命感。在“异步交流传动时代”，我们是追赶者；在“永磁时代”，我们要做竞跑者，抓住机遇，抢占制高点。

　　2003年初秋，在中车株洲所，我们组建了国内首个永磁牵引系统研发团队，这是我们第一次与国外公司站在同一起跑线上。

　　记者：“抢占制高点”应该非常艰难。

　　冯江华：每一次重大核心技术的更新迭代，都会经历一段漫长的阵痛期。在刚开始研究这项技术时，放眼国内外，完全没有代表性的技术可供参考。永磁牵引技术对于我们的很多团队成员甚至只是一个概念。

　　记者：研发过程中，您和团队遇到的最大挑战是什么？

　　冯江华：我们遇到的最大挑战是电机控温。如果试验过程中电机温度过高，永磁体失磁，会导致系统罢工。研发时正值盛夏，实验室温度会达到40多摄氏度，就像一个巨大的蒸笼。这为电机控温带来了极大挑战。此外，高温也是对实验人员的考验。每次做实验至少需要五六个小时，还要人工24小时轮番蹲守记录实验数据。在高温环境下，长时间工作十分艰苦。

　　在实验人员的不懈努力下，第一台功率5千瓦的永磁电机开发成功，随后，100千瓦的永磁驱动系统也在实验室诞生。

　　2011年，永磁牵引系统在沈阳地铁2号线成功装车，实现了永磁牵引系统在国内轨道交通领域的首次应用。

　　攻克永磁高铁技术难关

　　记者：您是怎样想到将永磁牵引系统应用于高铁的？

　　冯江华：基于我们对永磁牵引技术8年多的研究，以及关于这一技术在城市轨道交通应用中的经验积累，2011年，中车株洲所受命参与国家863计划“高速铁路重大关键技术及装备研制重点项目”，承担高速动车组用永磁牵引系统的研发工作。自此，我们瞄准了更高目标——永磁高铁。

　　记者：在实现这个目标的过程中，您和团队遇到了哪些困难？

　　冯江华：科研之路并非一帆风顺。我和团队奔赴全国十几个铁路局、动车段调研，跟车添乘、测量，采集列车复杂、多变的运行工况数据。在这期间，我们遭遇了一道最大难关——在高铁线路试验时，由于轨道坡度大，实验人员只能实行满手柄牵引、满手柄制动的“野蛮操作”。这种情况下，试验中列车跑了几个回合永磁电机就扛不住了，导致永磁电机两次被卸下来修理。

　　记者：如何攻克这个难关？

　　冯江华：我们连续组织了两个星期的技术讨论会议，还设计了两套解决方案。我们对这些解决方案挨个进行试验，对比数据，花了3个月设计最优方案重新装机。重新装机后，机车在试验轨道上以380公里的时速跑了一整天，没出任何问题。

　　经过艰苦攻关，我们团队先后攻克一系列关键难题，打造了完全自主知识产权、世界领先的牵引系统产品平台，使复兴号的速度、加速度、牵引动力等关键指标领先国际同行。

　　记者：我国永磁高铁目前在世界处于什么地位？

　　冯江华：2013年12月，中车株洲所成功开发出可用于时速350公里高速动车的永磁牵引系统。2014年11月，基于永磁电机控制的高速动车组成功下线，我国实现首套高速动车组永磁牵引系统的研制、试验和装车。2015年6月24日，永磁高铁在北京环铁试验基地进行首件鉴定，单台电机功率达到690千瓦。

　　2018年，德国西门子才发布出一款使用永磁牵引技术的新型高速列车样车。这标志着我国成为全球少数几个掌握高铁永磁牵引技术的国家，并处于领先地位。

　　记者：当前，由国铁集团牵头推进的CR450动车组样车研制以及时速400公里基础设施关键技术研究取得积极进展，已进入整车装配阶段。您负责研制CR450牵引系统，可否为我们介绍下该动车组采用的永磁牵引系统有哪些技术新突破？

　　冯江华：一是我们发明了高速主动弱磁控制技术。这就像是为列车的“心脏”，即永磁电机装上智能调节器，确保电机高效运转。

　　二是我们开发了磁极位置多模辨识技术。这就像是给列车的“眼睛”，即传感器进行升级，让列车在迷雾中找到方向，确保列车安全运行。

　　三是我们创造了列车越行无电区后动力重构技术。这就像是给列车装上了一个“备用能源包”，即使在没有外部电源的情况下，列车的动力系统也能快速工作，确保列车在分段供电条件下保持高速运行。

　　打造人才创新创业广阔舞台

　　记者：您为何选择投身列车牵引与控制系统技术研究？

　　冯江华：我上大学时，电机及其控制是热门专业，毕业时许多同窗好友都选择留在了大城市。机缘巧合下，我来到了中车株洲所。非常幸运，我刚好赶上参与高性能异步传动与控制技术的研发工作。在科研攻关过程中，老一辈科研专家的工作热情和认真执着的劲头感染了我。有时为了一个技术问题，大家争得面红耳赤。“技术面前人人平等”这种思想，一直影响着我，也由我接续传递。

　　记者：作为中车株洲所的总工程师，您一直关注人才培养。中车株洲所在打造科技人才队伍方面有哪些探索？

　　冯江华：我们让想干事的人有机会，能干事的人有平台，干成事的人有地位。我们建立了专门的培训机构，构建分类分层分级培训赋能体系，以此实现员工受训覆盖率近100%。

　　目前，中车株洲所建设了30个以首席专家命名，以科技带头人为骨干，覆盖中、青年科技工作者的专家工作室。

　　记者：您可否举例介绍，中车株洲所是如何给青年人才提供发展平台的？

　　冯江华：2012年，胡云卿从浙江大学博士毕业进入中车株洲所，被分配从事粘着力与控制研发。当时，这项技术在国内尚属空白，而自主研发的重担，就这样交给了初出茅庐的他。

　　短短4年，胡云卿和团队便从无到有自主研发出了一套牵引系统，并成功应用于澳大利亚的火车，仅3次就通过澳大利亚的考核试验，打破了纪录。2017年，这套牵引系统被用在了复兴号动车组。如今，不到40岁的胡云卿也成长为上市企业时代电气的总工程师和副总经理。在中车株洲所，像他这样的“80后”越来越多。

　　记者：目前中车株洲所形成了怎样的人才队伍？

　　冯江华：如今，我们已构建了多层次、多维度、多类型“人才金字塔”。人才队伍包括经营管理、专业管理、工程技术、营销贸易人才和能工巧匠，人才总数近万名。

　　[延伸阅读]

　　他脑子里

　　总有无数“灵光一闪”

　　中等个子，穿着普通，温文尔雅，说起话来平实亲切——这是记者对冯江华的第一印象。

　　作为中车株洲所的副总经理、总工程师，冯江华非常忙。见面时，他之后几天的日程已经安排得满满当当。

　　从浙江大学电机系研究生毕业后，冯江华来到中车株洲所工作。30多年来，他一直从事电力机车牵引传动系列研究。在中国轨道牵引动力技术发展上，他取得了很多“第一”：组建了国内最早的电力牵引高性能交流传动控制技术研究与工程实践团队；组建了国内首个永磁牵引系统研发团队……其中最大的成就是他持续主持研究复兴号系列牵引传动与控制技术。

　　多年来，冯江华一门心思搞研究。担任领导职务后，他开会出差越来越多，同事说他“不是在飞机上，就是在去赶飞机的路上”。但他总是挤出时间学习钻研。无论坐飞机还是乘火车，他总是带着一叠研究资料阅看，有时一入迷甚至会误了下车，坐过了站。

　　技术装在脑袋里，就会产生一些“奇思妙想”。

　　2009年，冯江华偶然听一位同事介绍，法国有一种新型单轨交通电车，就突然想到做一款适合中国道路情况的无轨电车。2013年，他组织团队研发胶轮智能轨道快运系统，目前已研发成功。2015年4月，格力电器首次开发出装载了永磁同步变频热泵离心机的中央空调，并在北京人民大会堂投入使用。在与格力电器的合作探讨中，他灵光一闪想到光伏新能源技术，由此提出“不用电”光伏空调新方案。

　　同事说，他脑子里总有无数个“灵光一闪”。

　　对自己能亲身参与中国高铁的建设与发展，冯江华心存感激：“有传承下来的来自老一辈科学家的科学精神，有一起团结搞科研的和谐氛围，再加上我们的不懈努力，中国机车动力牵引技术一定能持续领跑世界。”（薛岩）