2018年度國家技術發明獎提名項目公示軌道交通永磁牽引系統關鍵技術研究與應用一、 項目名稱軌道交通永磁牽引系統關鍵技術研究與應用二、 提名者及提名意見提名者：湖南省科技廳提名意見：永磁牽引系統憑借綠色高效的優點，正引發全球高鐵等軌道交通裝備技術新變革，已成為世界各國爭奪的制高點。該項目通過長期基礎理論及應用技術創新性研究，攻克了軌道交通復雜非線性永磁牽引系統在輪軌蠕變無常條件下全速域穩定性、高速高反電勢下柔性動力重構、低開關頻率下無位置傳感控制、永磁牽引電機全局高效等關鍵技術難題。該項目通過成果鑒定，鑒定結論“，具有多項原創性技術，整體技術居國際領先水平，使我國成為少數幾個掌握該項核心技術的國家之一”，獲授權發明專利62件、發表論文63篇，制定國際標準2項、國家標準1項。先后獲湖南省技術發明一等獎1項，中國專利金獎2項，紐倫堡國際發明展金獎1項。該項目成果成功裝載在國際首列350km/h速度等級的永磁高速列車，開啟中國3.0版高鐵動力時代，被兩院院士評選為“2015年中國十大科技進展新聞”；國內首次實現了永磁牽引系統在城市軌道交通批量商業應用，并推廣應用到全球首創的永磁高速直驅大型中央空調；該項目累計產值超 6億元，極大提升了中國軌道交通的全球競爭力。提名該項目為國家技術發明獎二等獎三、 項目簡介高鐵、地鐵等軌道交通裝備作為中國制造的“名片”，已成為“一帶一路”戰略實施的排頭兵。牽引系統是軌道交通裝備的“心臟”，是表征一代列車技術特征的唯一標志。永磁牽引系統憑借綠色高效的優點，正引發全球牽引技術新變革，國外90年代率先開展研究并嚴密封鎖技術。《高端裝備制造業“十二五”發展規劃》等國家行動計劃將永磁牽引技術列為創新工程，促進原始創新。大功率低開關頻率的復合勵磁永磁牽引系統，存在幅頻響應差、抗擾動能力弱、磁場靜態規劃與動態調整復雜等特性。為順應寬速范圍、供電間歇中斷、軸驅輪徑等速磨耗、輪軌蠕變無常等特定工況及需求，實現永磁牽引系統安全、可靠、綠色運行，亟需突破全速域魯棒性、高速越行后控制重構、位置辨識收斂和全工作區高效等難題。本項目歷時10余年，經多個國家、省部級項目支持，取得重大技術突破，主要發明點如下：發明點1：發明了融合永磁電機多模參數耦合模型、調制模式動態規劃、磁鏈軌跡在線尋優的控制技術，首次提出了電壓多維解析及交直軸電流預測的弱磁控制方法，在滿足高精度轉矩輸出特性的基礎上實現了低開關頻率和輪軌蠕變約束下轉矩的全速域高動態響應， 最大階躍響應時間小于5.1ms,僅為國外學術研究成果的54%，奠定了永磁牽引系統輪軌驅動的根基。發明點2：發明了零電壓矢量分時注入、相位自適應濾波的反電勢實時觀測方法,首創了基于重構電壓幅相偏差校正模型的高反電勢逆向穿越控制技術,構建了永磁牽引系統任意速度下供電間歇中斷或惰行后動力柔性重構系統方案,轉矩沖擊小于2.8%,實現了永磁列車在世界最高運行速度下的動力重構。發明點3：發明了電感梯度變化率和直軸電流自學習、快速迭代尋優的辨識技術,構建了多模位置辨識方法,攻克低開關頻率下低速辨識不收斂難題,實現零速滿轉矩啟動、全速域位置準確辨識及高動態響應,穩態誤差小于0.01rad,最大轉矩階躍下動態誤差小于0.05rad,較國外學術研究成果大幅提升。發明點4：發明了負載概率的效率尋優、永磁體矩陣排列、非均勻氣隙的電磁設計方法,構建了熱-流-力匹配定向散熱的全封閉冷卻復合結構,實現了溫度、應力的梯度管理和磁場正弦分布,電機額定效率 98.2%,高于異步牽引電機4%,在1.1kW/kg同等功率密度下高于國外1%。本項目獲授權發明專利62件,發表論文63篇,制定國際標準2項、國家標準1項,成果經鑒定“具有多項原創性技術,整體技術居國際領先水平”。獲湖南省技術發明一等獎1項,中國專利金獎2項,紐倫堡國際發明展金獎1項。成果應用于全球首列350km/h速度等級永磁高速列車，被兩院院士評選為“2015年中國十大科技進展新聞”，并得到IEEE電機委員會副主席ChrisGerada等積極評價；同步應用于地鐵、現代有軌電車、智軌列車等城軌裝備和新能源領域，支撐世界首創的永磁高速直驅式大型中央空調；累計產值超6億元。打造了中國軌道交通裝備新的核心競爭力，開啟3.0版高鐵等高端裝備動力新時代。四、 客觀評價1、驗收意見國家科技863計劃“基于永磁電機的牽引變流器關鍵技術研究與裝備研制”驗收意見（主任委員：劉友梅院士）：“構建了基于永磁電機的牽引變流器可持續發展的研究平臺、制造平臺、試驗平臺及配套產業鏈；建立了基于永磁電機的牽引變流器技術體系”“建議課題成果進一步推廣應用”2、鑒定意見“永磁同步傳動系統關鍵技術研究”鑒定意見（主任委員：劉友梅院士，副主任委員：王耀南、吳鈾鈾）：“該項目成果具有多項原創性技術，整體技術居國際領先水平，使我國成為少數幾個掌握該項核心技術的國家之一”“高速列車永磁電機牽引傳動技術”鑒定意見（主任委員：顧國彪院士，副主任委員：臧克茂院士、夏長亮院士）：“本項目解決了高速列車永磁電機牽引傳動的關鍵技術，在電機效率、功率密度、列車百公里人均能耗等方面均處國際領先水平，對于提升我國高速鐵路的技術水平具有重大的意義 ”“復合供電超高效中央空調永磁變頻技術研究及應用”鑒定意見（主任委員：劉友梅院士，副主任委員：羅安院士、張昌凡）：“該成果首創光伏直聯復合供電永磁變頻技術，整體技術達到國際領先水平”3、國內外重要獎勵年湖南省技術發明一等獎：大功率高速永磁傳動系統關鍵技術研究與應用年中國發明專利金獎：一種電機端蓋和一種電機年中國發明專利金獎：一種三電平雙模式空間矢量過調制方法及其系統2016年紐倫堡國際發明展金獎：一種永磁同步電機傳動系統的直軸電流保護方法及裝置2014年中國發明專利優秀獎：一種干線高速車輛的永磁同步牽引系統4、同行評價2015年，“永磁高鐵”獲評由中國科學院、中國工程院主辦的中國十大科技進展新聞，“該牽引系統包括永磁同步牽引電機、牽引變壓器、變流器、控制器等核心部件,,采用寬域高效的控制策略，實現高速方波弱磁控制和高速平穩重投；整個牽引系統體現節能高效系統特性匹配,,其研制成功不僅拉開了我國高鐵“永磁驅動時代”的序幕，也為我國高鐵參與國際競爭贏得了先機”。IEEE電機委員會副主席ChrisGerada教授課題組在其多電飛機永磁電機設計論文中引用并評價本項目成果：“AcombinedmodelofusingdynamicreluctancemeshmodelandSimulinkhasbeenproposedforthedesignofhighspeedrailwaytractionmotor，Aprototypehasbeenmanufacturedandthetestingresultsconfirmedtheefficiencyhasbeenincreased4% ”。在新華網等多家知名媒體報道中,中國工程院劉友梅院士評價本項目成果：“中車株洲電力機車研究所成功自主開發了高速列車永磁同步牽引系統，使我國成為世界上少數幾個掌握高鐵永磁牽引系統技術的國家之一,,永磁同步牽引系統成為了我國高速鐵路技術升級的一個典范”。5、檢測報告《長沙地鐵1號線永磁同步牽引系統檢測報告》，國家鐵路產品質量監督檢驗中心出具，永磁同步牽引系統平均節能率33.9%（地面能饋系統全面開啟）。《基于永磁電機的高速列車牽引系統檢驗報告》，鐵道部產品質量監督檢驗中心出具，所檢項目10項，檢驗結果為合格。《沈陽地鐵二號線永磁同步電機牽引系統檢驗報告》，鐵道部產品質量監督檢驗中心出具，所檢項目10項，檢驗結果為合格。五、 推廣應用情況本項目整體技術成功應用于新一代高速列車永磁同步牽引系統，目前基于永磁技術的新一代高速列車已完成整車下線及考核試驗，標志我國成為世界上少數幾個掌握高鐵永磁牽引系統技術的國家，后續可批量應用于高速和城際動車組，并有力支撐我國“一帶一路”倡議。本項目技術成功應用于沈陽、長沙、北京、天津、廈門、寧波、昆明等多個城市城軌交通領域，在浦鎮、資陽等形成空軌典型示范應用，并在韓城實現永磁電機空軌領域的首次批量應用，同步應用于地鐵、現代有軌電車、智軌列車等城軌裝備和新能源領域，支撐世界首創的永磁高速直驅式大型中央空調。本項目已累計銷售收入逾6億元。

六、 主要知識產權證明目錄知識產權類別知識產權具體名稱國家（地區）授權號授權日期證書編號權利人發明人發明專利有效狀態發明專利一種永磁同步中國ZL2013120141ZL201南車株洲電馮江華；劉可有效專利力機車研究安；許峻峰；電機傳動系統048794800131048所有限公司何亞屏；文宇的直軸電流保.X7948.良；尚敬；張護方法及裝置X朝陽；劉雄發明專利一種三電平雙中國ZL2012120141ZL201南車株洲電馮江華；甘韋有效專利模式空間矢量011643221021011力機車研究韋；劉可安；過調制方法及.X6432.所有限公司尚敬；楊大其系統X成；梅文慶發明專利一種用于控制中國ZL2013120141ZL201南車株洲電馮江華；凌岳有效專利永磁同步電機049472100131049力機車研究倫；王征宇；轉矩變化率的.84721.所有限公司陳建明；陳慧方法及裝置8民；楊洪波；發明專利永磁同步電機中國ZL2015120170ZL201南車株洲馮江華；尚有效專利靜態電感參數022360263051022電力機車研敬;許峻峰；的測量方法及.83602.究所有限公肖磊；文宇系統8司良；何亞屏；張朝陽；劉雄發明專利一種干線高速中國ZL2010120150ZL201南車株洲電丁榮軍；馮江有效專利車輛的永磁同018448121801018力機車研究華；劉可安；步牽引系統.84481.所有限公司許峻峰；張朝8陽；李益豐；符敏利發明專利永磁同步電機中國ZL2013120150ZL201南車株洲電馮江華；劉可有效專利帶速重新投入051209521131051力機車研究安；許峻峰；的控制方法、.02095.所有限公司尚敬；文宇裝置及系統0良；何亞屏；張朝陽；劉雄；南永輝；劉華東；肖

磊；鄭漢鋒發明專利一種永磁同步中國ZL2014120160ZL201南車株洲電馮江華;何亞有效專利電機的電感參082980740641082力機車研究屏；許峻峰；數獲取方法及.69807.所有限公司文宇良；尚系統6敬；張朝陽；劉雄；肖磊；石敏發明專利基于永磁同步中國ZL2014120151ZL201南車株洲電馮江華；劉有效專利傳動系統的轉007866610441007力機車研究可安；尚敬；子位置獲取方.98666.所有限公司許峻峰；肖法及裝置9磊；張朝陽；文宇良；何亞屏；劉雄發明專利一種永磁體溫中國ZZL20160ZZL南車株洲電馮江華；劉春有效專利度在線檢測方201410321720141力機車研究秀；符敏利；法和裝置07014.803070所有限公司李益豐；許峻14.8峰；陳致初；何思源；李偉業；史文波；辛本雨；羅英露發明專利一種徑向式永中國ZL20140ZL浙江大學方攸同、馬子有效專利磁同步電機轉201210061120121魁、盧琴芬、子結構19622.X00196黃曉艷、馬吉22.X恩、張建承、陳威七、 主要完成人情況姓名排名行政職務技術職稱工作單位完成單位主要貝獻馮江華1總工程師教授級高級工程師中車株洲電力機車研究所有限公司中車株洲電力機車研究所有限公司項目總負責人，制疋總體技術路線和技術方案方攸同2副院長教授浙江大學浙江大學永磁牽引電機結構和電磁方案、永磁牽引系統控制技術許峻峰3主任教授級高級工程師中車株洲電力機車研究所有限公司中車株洲電力機車研究所有限公司永磁牽引系統咼精度電機控制、帶速重投技術、無位置控制技術晏才松4所長高級工程師中車株洲電機有限公司中車株洲電機有限公司大功率永磁牽引電機和變壓器技術方案黃曉艷5電機系副主任教授浙江大學浙江大學永磁牽引系統咼精度控制、牽引電機電磁方案設計李益豐6首席技術專家教授級高級工程師中車株洲電力機車研究所有限公司中車株洲電力機車研究所有限公司永磁牽引電機磁路結構優化設計、永磁系統方案設計完成人合作關系說明本項目由馮江華、方攸同、許峻峰、晏才松、黃曉艷、李益豐共同完成，其中馮江華、許峻峰、李益豐完成單位為中車株洲電力機車研究所有限公司；方攸同、黃曉艷完成單位是浙江大學；晏才松完成單位為中車株洲電機有限公司。作為國內軌道交通牽引傳動控制系統等列車核心裝備的主要研發單位，中車株洲電力機車研究所有限公司及其下屬株洲中車時代電氣股份有限公司長期致力于牽引傳動與控制技術的自主創新研發。2003年啟動永磁電機及其控制算法基礎研究；2004年立項“新能源汽車永磁驅動系統研究”并于2007年應用驗證；2006年立項“永磁電傳動系統技術研究” 并于2011?2013年完成技術驗證和地鐵裝車應用；2011年與浙江大學共同參與中車青島四方機車車輛股份有限公司牽頭的國家863計劃課題“基于永磁電機的高速列車牽引傳動系統”，其中中車青島四方機車車輛股份有限公司負責列車集成、研制與整車試驗評估，浙江大學聯合中車株洲電機有限公司完成永磁電機研發與綜合試驗平臺建設并參與永磁牽引系統方案設計，株洲中車時代電氣股份有限公司負責牽引變流器研發和牽引系統設計、工程化與工程驗證平臺建設。2014年高速列車永磁牽引傳動系統由株洲中車時代電氣股份有限公司、浙江大學和中車株洲電機有限公司聯合完成研發，繼而在中車青島四方機車車輛股份有限公司研制的基于永磁電機牽引系統的高速列車上完成列裝并通過整車綜合試驗與性能評估與線路試驗考核，2017年該系統通過成果鑒定。本項目完成人均參與該863課題，前五完成人列于成果鑒定項目組名單（附件9.3）；2013年承擔湖南省重大科技專項“軌道交通永磁同步牽引系統研制及產業化”和鐵路總公司科研開發計劃“機車車輛前瞻性技術研究高速動車組永磁同步牽引系統研究”。在本項目承擔期間，各完成人分工明確，通力協作。本人作為第一完成人主持永磁牽引系統技術研究，負責制定總體技術路線和技術方案，并組織完成系統裝車試驗考核；第二完成人方攸同承擔永磁牽引電機的結構和電磁方案，參與永磁牽引系統控制技術研究，配合完成高鐵裝車試驗考核；第三完成人許峻峰承擔永磁牽引系統高精度電機控制、帶速重投技術、無位置控制技術等，配合完成高鐵、地鐵裝車試驗考核；第四完成人晏才松承擔大功率永磁牽引電機技術方案，參與永磁牽引系統設計，配合完成高鐵牽引電機地面組合試驗和裝車考核；第五完成人黃曉艷承擔永磁牽引系統高精度控制，參與永磁電機電磁方案設計，配合完成高鐵裝車試驗考核；第六完成人李益豐承擔永磁牽引電機磁路結構優化設計，參與永磁牽引系統方案設計，配合開展地鐵永磁電機地面試驗和裝車考核。本項目承擔期間，完成人之間共同立項、共同知識產權、共同應用和共同獲獎情況見《完成人合作關系情況匯總表》。承諾：本人作為項目第一完成人，對本項目完成人合作關系及上述內容的真實性負責，特此聲明。第一完成人簽名：

完成人合作關系情況匯總表序號合作方式合作者合作時間合作成果證明材料備注1.共同立項馮江華（1）、方攸同（2）、許峻峰（3）、晏才松（4）、黃曉艷（5）2011年2月基于永磁電機的高速列車牽引傳動系統附件9.3鑒定證書2.共同知識產權馮江