马颖涛

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所，北京 100081；2.动车组和机车牵引与控制国家重点实验室,北京 100081；3.北京纵横机电科技有限公司，北京 100094）

“复兴号奔驰在祖国广袤的大地上”。“复兴号”动车组的批量运用代表中国的高铁列车已达到世界先进水平[1]。“复兴号”采用了目前最为主流的动力分散架构[2]，即多套牵引装置和辅助供电装置布置在多个车厢。目前牵引变流器之间在电能利用上是相互独立的，辅助变流器通过三相交流母线并联运行[3]，充电机装置通过110 V 直流母线并联运行。

铁路运营商对列车牵引系统和辅助供电系统不断提出新的功能和性能需求[4]，包括应急走行、智能化、高效节能和轻量化等。列车制造商与部件供应商针对特定需求进行了部件层面的改造，例如：为实现应急牵引能力而加装动力电池[5]；为高效节能采用碳化硅功率半导体器件替代传统IGBT[6]；为轻量化研制了中频化辅助变流器[7]；为提升电机效率采用永磁牵引电机[8]。这些单目标的改良虽然可行，但列车牵引系统和辅助供电系统的全局优化空间有限，亟需推进系统层面的创新。

以碳化硅功率半导体为代表的第三代半导体器件正在逐渐渗透电力电子行业。目前碳化硅器件在中低功率的开关电源、太阳能发电和电动汽车等领域已有批量应用。随着碳化硅器件技术的进步与器件等级的提升，以三菱、日立和东芝为代表的日本公司[9]以及以西门子和阿尔斯通为代表的欧洲公司[10-11]都在积极研发碳化硅器件的牵引变流器和辅助变流器，中国的多家企业也在积极跟进。……