創新領跑！解碼“中國速度”的動力密碼
文章來源：國資小新 發布時間：2025-04-25
這里是復興號“動力之芯”的誕生地，也是時速400公里動車組CR450“心臟”與“大腦”的研發地。這里在軌道交通領域有著深厚積淀，也正在新能源裝備、汽車與工業領域“跨界”極速生長。這里，就是中車株洲電力機車研究所有限公司（以下簡稱“中車株洲所”），改革是它的基因，創新是它的秘訣，它正以更快的速度、更高質量的發展，為我國高端制造業發展注入強勁動力。
復興號高原雙源動力集中動車組
近日，“走進新國企·科技創新主力軍”融媒體采訪第十三站走進中車株洲所，來自新華社、經濟日報、科技日報、工人日報、中國新聞社、經濟參考報、中國證券報、第一財經日報、經濟觀察報、證券日報、國資報告、人民網、新華網、央廣網、中國網、環球網、澎湃新聞的專家記者，走進位于株洲的多個生產制造基地，一同探尋“中國速度”背后的創新基因。
主動求變，根植核心技術打造多元產業集群
走進中車株洲所時代電氣制造中心智能生產車間，AGV機器人（Automated Guided Vehicle，自動導向車）在車間高效穿梭，運輸著高鐵列車所需的零部件。
中車株洲所時代電氣制造中心
這里主要從事被譽為列車“心臟”和“大腦”的牽引傳動和控制系統的生產制造，承擔著全球30%、全國70%的軌道交通牽引電傳動部件的生產制造，每年可滿足200列復興號動車組、1000列標準地鐵、840臺“重載”機車所需“心臟”和“大腦”的裝車需求。目前，中車株洲所時代電氣制造中心擁有20多條先進生產線，年產值超100億。
中車株洲所時代電氣制造中心
中車株洲所始創于1959年，前身是鐵道部株洲電力機車研究所，歷經66年創新發展，在軌道交通領域形成了深厚積淀，形成了“算法、器件、材料”三大內核技術。
在新能源產業快速發展的時代浪潮之下，近年來，中車株洲所立足軌道交通主業，居安思危、主動求變，將軌道交通領域積累的優勢技術與產業經驗，向清潔能源裝備領域進行跨界延伸，打造了多元產業集群。
新能源乘用車電驅產業，是中車株洲所軌道交通核心技術平移的成功典范。依托交通裝備的深厚技術，中車株洲所持續完善技術創新體系，具備“關鍵器件—核心部件—系統集成”的完整產業鏈配套能力，成為我國自主電驅系統頭部企業。
電機驅動系統是新能源汽車核心零部件之一。在中車零碳產業園新能源乘用車電驅制造基地生產車間，一排排機械臂正在生產線上繁忙揮舞，成為智能制造的一個縮影。
中車零碳產業園新能源乘用車電驅制造基地生產車間
2024年12月，占地245畝、建設投資11.08億元的中車零碳產業園在湖南株洲正式落成，將形成每年超200萬臺套電驅系統及部件產品交付能力。通過余熱回收、光—儲—充等多維融合的少碳技術，園區可實現單品生產能耗下降12%，清潔能源占比超50%以上，成為全國領先的綠色工廠。這座集十萬級潔凈車間、智能機械臂矩陣與數字孿生系統于一體的“超級智造中樞”，將中國新能源裝備制造推入“秒級精度時代”。
新型電力裝備與軌道交通裝備應用場景相似、技術同源。近年來，中車株洲所成功將軌道交通的系統集成、變流及控制等關鍵核心技術平移應用于風電、光伏及綜合能源業務，為“零碳”新時代持續貢獻智慧。
作為國內最早挺進光伏行業的企業之一，憑借深厚的變流技術及產業協同優勢，中車株洲所已構建起覆蓋“芯片—器件—模塊—裝置—系統”的光伏全生態產業鏈，成為全球極少數實現光伏逆變器產品型譜全覆蓋的企業，已在國內300余座大型光伏電站裝配應用10萬臺/套光伏逆變器產品，并批量應用于中東、東南亞等國家和地區。
初涉風電整機領域時，中車株洲所曾引進首套風電整機技術，成功研制首臺WT1.65型風電機組，打響風電產業“頭炮”。2020年，中車株洲所風電產業實現跨越式發展，年產值一舉突破百億規模，成為繼軌道交通、新材料之后的第三個百億產業。截至2024年，中車株洲所已為風力發電企業提供了13000余臺風電整機。
全球最大漂浮式海上風電機組——“啟航號”
氫能領域，中車株洲所可提供柔性、安全、高效、智慧制氫解決方案，擁有離網型綠電制氫示范線、4000標方電解槽實驗室、電化學實驗室等為一體的綜合性柔性綠電制氫研發基地。目前，該企業在國內IGBT制氫電源市占率排名第一，2024年國內制氫電解槽市場占有率位居前列。
作為儲能系統集成領域發展最快、勢頭最猛的企業之一，中車株洲所持續深耕儲能技術，在構網型儲能領域取得了顯著成果。截至目前，中車株洲所在構網型儲能的核心部件上，已實現核心部件（IGBT功率器件、儲能PCS、升壓變流一體機等）全自主化，安全、自主、可控。
2024年12月16日，株洲機電研制的箱變在目前全球海拔最高的光伏項目——華電西藏才朋光儲二期箱變設備成功并網發電
在國家“雙碳”戰略風口下，中車株洲所正以“風—光—水—儲—氫—碳”六維生態鏈為經緯，將中國高鐵征服軌道的硬核基因，轉化為賦能地球脈動的綠色密碼，開啟全新的綠色篇章。
以創新為根本動力，抓住歷次改革機遇，中車株洲所發展活力、動力不斷增強，闖出了一條科技產業化道路。2010年、2019年、2024年，該企業產值分別實現百億、三百億到六百億的跨越發展。
創新領跑，加強研發投入推動高質量發展
改革創新，是中車株洲所融入血脈的奮斗基因，也是其高質量發展的進階密碼。
作為國務院國資委“雙百企業”標桿企業，中車株洲所將人才與創新擺在核心位置，大力打造原創技術策源地，培育戰略科技力量，年均研發投入占全年總營收的8%。
當前，中車株洲所擁有十一個國家級科研創新平臺、三個企業博士后科研工作站、五個海外技術研發中心、13家國家級專精特新“小巨人”企業，匯聚了近10000名研發人員，其中300余名博士、5000余名碩士，構筑起創新人才集聚高地；取得了28項國家級科技獎勵、4項中國專利金獎、442個國際/國家/行業標準、7100余個授權專利，打造起行業一流的創新平臺。
全球最快的高鐵列車CR450動車組樣車下線
2024年12月，時速400公里CR450動車組樣車的發布，標志著中國高鐵科技實現了又一次里程碑式的跨越。近日，CR450動車組樣車性能驗證工作正在加快進行，目前已經完成低速試驗工作，即將開展高速試驗。
更快的速度，意味著更強勁的牽引動力，和更新的技術突破。時速400公里牽引動力背后，正是新一代永磁同步牽引技術的支撐。
與傳統的牽引技術相比，采用永磁牽引技術，能有效提升電機功率，降低牽引能耗。
CR450動車組首次實現了大功率永磁牽引等技術在時速400公里高鐵上的創新應用。相比于時速350公里的復興號列車，這套牽引系統各項性能指標更加優秀，牽引功率提升了20%，系統損耗反而降低了3%。
圍繞CR450重大創新工程，中國中車首席科學家馮江華帶領團隊進一步針對永磁牽引系統開發了在線診斷與主動安全控制技術，保障極端故障工況下長時間容錯運行；創新研制自主定義新型器件的智能化集成功率模塊（PCU），牽引變流器功率密度相比CR400提升近50%；突破基于時間敏感網絡（TSN）的列車網絡控制系統，通信抖動縮小到微秒級，極大提升列車協同控制精度。
通過這一系列的技術探索和積累，永磁牽引、PCU模塊、TSN網絡等核心技術如今順利裝備于CR450動車組，使我國高速列車牽引控制技術在國際上持續引領，持續鞏固高鐵技術世界領跑優勢。
前瞻布局，白手起家攀登科技創新新高峰
CR450動車組的問世，是中國高鐵科技自立自強、不斷攀登高峰的生動注腳，更是科研團隊對技術創新無限追求的真實寫照。
時速革命背后，中國中車首席科學家馮江華領銜的研發創新團隊發揮了重要作用。他們以數十年砥礪的堅韌與執著，深耕研究列車的“心臟”和“大腦”，從為CR450動車組鑄就“強勁心臟”，到構建自主進化的“智慧大腦”，將實驗室里的每個假設、圖紙上的每條曲線，熔鑄成挺立世界的科技脊梁。
2021年，國家啟動CR450科技創新工程，提出8個“更”的頂層要求：更高速、更安全、更環保、更節能、更智能、更自主、更可持續、系統更優，并要求在時速400公里運行時，牽引能耗與CR400時速350公里持平。
這些硬指標，決定了CR450動車組必須擁有一顆更強勁的“心臟”。馮江華及其團隊研制的永磁牽引技術，成為解決這一需求的不二之選。
中國中車首席科學家馮江華
永磁同步牽引系統作為軌道交通下一代牽引系統的主流產品，與傳統異步電機牽引系統相比，具有更加小型化、輕量化和節能的突出優勢。
具有前瞻性的是，這項前沿核心技術，中車株洲所早在2003年就已開始布局，并由馮江華牽頭組建國內第一支永磁牽引系統研發團隊，率先探索永磁牽引技術的升級換代。
然而，理想要轉化成現實，絕非咫尺之遙。
彼時，永磁牽引技術屬于前瞻性核心技術，當時在全球尚處于起步階段，完全沒有標桿可循。團隊成員不但沒有接觸過，就連研究的對象也僅是一個概念。
從零開始，挑戰未知。缺乏借鑒資料，團隊拿著為數不多的資料反復鉆研；沒有驗證平臺，團隊“白手起家”搭建起永磁試驗平臺。
“在異步時代，我們是追趕者；在永磁時代，我們要做競跑者，搶占制高點?！瘪T江華的話，激蕩起團隊自主創新的豪情和雄心。
在酷暑與寒冬的交替中，研發團隊埋頭苦干，一次實驗往往需要五六個小時，甚至更長時間。大家24小時輪番蹲守在實驗室，記錄每一個細微的數據變化。
“為了讓系統更平穩可靠，我們甚至主動求敗。”馮江華告訴記者，團隊經常在做試驗的時候，故意設計一些試驗場景去經歷失敗，例如為了獲取永磁失效數據，主動開展一些破壞性試驗，通過長期高溫測試，驗證系統失磁狀態。
為了打造更寬速域、更高效率的系統方案，馮江華帶領團隊開展了高速主動弱磁控制技術攻關。關鍵的攻關期正值八九月份，此時的湖南潮濕、悶熱，整個試驗室就像一個大蒸籠，最高溫度達40多攝氏度。團隊日夜輪流蹲守，認真盯控每一個細節、數據，渾然不覺已是汗流浹背。經過百余次技術對比、試驗驗證，最終兼具高效率、高動態響應、寬速域的永磁電機弱磁技術，就在這樣的“桑拿房”誕生了。
針對強電磁環境下位置傳感信號毫伏級失真引發系統失控的風險，團隊開發了永磁位置辨識技術，這就像給永磁電機的控制基準（位置信號）裝上了“眼睛”。但是，該技術的開發并非一帆風順。研究初期，永磁電機在零低速階段位置辨識誤差超過3°，系統難以實現穩定運行，為此，馮江華創新提出了全速度段永磁位置多模融合辨識方法，確保位置辨識誤差在1°以內，消除了對硬件傳感器的依賴。
“動力帶速重投”是永磁牽引應用于高鐵必須實現的功能之一，其關鍵點在于重投時，變流器輸出電壓要與永磁電機固有反電勢快速精準匹配，不然會造成電流沖擊過大，甚至變流器損壞。
在多次嘗試重投失敗后，團隊決定重新設計控制算法。為加快開發進度，團隊在辦公室支起行軍床，白天泡在試驗站，晚上繼續在辦公室復盤，困了就在行軍床上打盹，餓了就啃幾口面包方便面，兩個多月夜以繼日的奮戰，團隊成功摸索出“動力一拍重構”算法，解決了永磁電機在任意轉速下平順無沖擊重投難題。
經過近十年的努力攻關，2011年底，永磁同步牽引系統在沈陽地鐵二號線列車成功裝車，實現了國內軌道交通領域的首次應用，填補了國內軌道交通業沒有永磁系統的空白，打破了國外技術壟斷，裝車應用五個月，列車完成了7000公里系統零故障正線試驗運行，實測節能10%以上。2013年，團隊開發的230kW地鐵車輛永磁同步電機成功應用于長沙地鐵，同等安裝空間下相比異步電機，功率提升20%。
然而，“永磁高鐵”才是馮江華心中的制高點。依托863重大專項高速列車永磁同步牽引系統子課題研究，團隊成功開發出690kW國內最大功率高速動車組用永磁同步牽引電機牽引系統，電機功率密度超過1kW/kg，比主流異步電機功率提高60%，電機損耗降低50%。2014年，系統成功裝車考核。
2015年6月24日，團隊迎來了最為緊張的時刻——“永磁高鐵”在北京環鐵試驗基地進行首件鑒定。當鑒定現場單臺電機的功率顯示達到690千瓦的時候，全場沸騰了！這意味著，我國成為全球少數幾個掌握高鐵永磁牽引技術的國家之一，中國高鐵動力技術的“永磁時代”來了。
2019年，在國家科學技術獎勵大會上，馮江華主持完成的“軌道交通永磁牽引系統關鍵技術研究與應用”項目，榮獲國家技術發明獎。這一成果被視為開啟了中國3.0版高鐵時代，馮江華也被業內譽為我國高鐵永磁牽引技術的開拓者。
CR450動車組樣車
時間來到2021年，盡管團隊前期積累了豐富的應用經驗，但得知要為CR450裝上永磁“心臟”，團隊成員興奮之余又有些擔憂。
永磁牽引傳動系統在更高速牽引領域還面臨永磁電機絕緣故障診斷與主動安全控制的挑戰。
如何破局？立項以來，馮江華親自帶領團隊持續開展CR450永磁牽引系統故障診斷研究與驗證，探索出永磁電機匝短、相短等極端故障精確診斷與主動安全保護策略，首次形成了完善的永磁牽引控制邏輯、保護措施、應急處置分層分級管理辦法，確保CR450動車組永磁牽引系統的安全可靠。
2023年6月28日，福建湄洲灣跨海大橋上，兩列搭載永磁動力的綜合檢測試驗列車風馳電掣般交會而過，創造了雙向正線交會試驗時速891公里世界紀錄，標志著時速400公里永磁牽引技術完成線路驗證。
那一刻，歡呼聲四起，所有的汗水與付出都化作了勝利的喜悅。高鐵永磁技術再突破，持續鞏固高鐵技術在世界的領跑優勢，樹立起高鐵速度新標桿。
2025年，CR450動車組樣車將投入整車試驗驗證和試用“大考”，馮江華表示，如果說換裝試跑是最后一次“模擬考試”，今年的樣車試跑和試驗考核將是真正的“高考”，“團隊將全力以赴，做好各項保障備考，爭取拿到最優成績?！瘪T江華說。
【責任編輯：韓夢圓】
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