經(jīng)過十余年的蓬勃發(fā)展，中國已經(jīng)成為了令世界矚目的高鐵大國。2012年至2016年，中國高鐵年運營里程連續(xù)蟬聯(lián)世界第一。
我國高鐵建設(shè)雖然在多方面處于國際領(lǐng)先地位，但是距離真正的高鐵強(qiáng)國還有一定的距離。高鐵包括機(jī)械、電氣、計算機(jī)在內(nèi)的三大領(lǐng)域、九大核心技術(shù)，其中最為核心的是軟件技術(shù)，包括逆變器控制軟件、通訊信號軟件，外國大公司是絕對不會轉(zhuǎn)讓的。如果不掌握核心技術(shù)，那么我國在高鐵建設(shè)中必遭外國企業(yè)掣肘。因此，出于國家戰(zhàn)略安全和經(jīng)濟(jì)成本的考慮，中國高鐵想要真正做強(qiáng)，必須要掌握核心的技術(shù)。在這方面，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組無疑是一個成功的例子，2017年，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組通車以350km/h的時速再次問鼎運營速度世界之冠。但在下一代高鐵技術(shù)，如電力電子牽引變壓器和配套設(shè)施上還需要下大力氣投入研發(fā)。
《鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出“2020年全國高速鐵路網(wǎng)覆蓋80%以上的大城市、營業(yè)里程3萬公里”的目標(biāo)。要在如此高密度的條件下實現(xiàn)高效、高速運行，高鐵智能化是一個重要方向。智能化包括數(shù)字化、自動化和網(wǎng)絡(luò)化。具體來說，數(shù)字化是指數(shù)字控制、計算機(jī)控制；自動化包括自動駕駛等；網(wǎng)絡(luò)化則旨在為乘客提供移動互聯(lián)網(wǎng)等服務(wù)。
綠色化是交通領(lǐng)域未來發(fā)展的普遍趨勢，也是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。綠色交通，首先是實現(xiàn)能源消費類型從燃油到電氣的轉(zhuǎn)變，以減少環(huán)境污染物的排放；其次，必須要滿足“兩高一低”，以真正達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。“兩高”是指高效率、高功率密度。反之，低效率的交通會造成能源的浪費，低功率密度則會造成移動負(fù)載的體積和重量過大，從而大量消耗能源。“一低”是指低成本，成本過高，則難以進(jìn)行市場化，從而失去應(yīng)用前景。
對于綠色和智能化交通的發(fā)展，兩個關(guān)鍵技術(shù)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
一是下一代半導(dǎo)體技術(shù)。所謂“一代器件一代產(chǎn)品”。從可控硅到IGBT，再到寬禁帶半導(dǎo)體（SiC/GaN），新一代器件突破了硅器件在電壓、頻率和溫度上的限制，不斷取代舊一代，作為底層、核心的技術(shù)推動電力電子領(lǐng)域的革新。如果不注重新技術(shù)革命的發(fā)展、底層技術(shù)的突破，則頂層設(shè)計再好也可能被推倒重來，造成時間和資源上的浪費。要想實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)科技強(qiáng)國，我們在進(jìn)行完善的頂層設(shè)計時，必須同時關(guān)注底層技術(shù)革命，遵循頂層設(shè)計和底層革命相輔相成的原則。
二是直流技術(shù)。直流和交流技術(shù)究竟孰優(yōu)孰劣，自愛迪生與特斯拉之爭以來已經(jīng)被討論了一百余年。現(xiàn)如今，交流技術(shù)被更廣泛地應(yīng)用于社會的各個方面。但隨著電力技術(shù)的發(fā)展，以及性能要求的進(jìn)一步提高，交流輸電的局限性逐漸暴露。例如，在目前的高鐵和電氣化鐵路供電系統(tǒng)中，一般采用單相交流電，所以三相輸電線必須經(jīng)過復(fù)雜的換相過程來平衡線路中單相電壓的頻繁切換，增加了技術(shù)難度，并降低了系統(tǒng)可靠性。
近年來，伴隨著底層器件新革命的爆發(fā)，直流在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)于交流的性能。因此，直流被認(rèn)為是屬于未來的電力技術(shù)，將在輸電、配電和家電等各個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。我國已在大型直流系統(tǒng)的應(yīng)用中創(chuàng)下多個成功案例，例如高壓直流輸電，中壓直流船舶推進(jìn)等。未來，船舶直流電壓等級將進(jìn)一步提高到6kV、10kV，甚至15kV。此外，在地鐵和電車上一直采用直流技術(shù)，未來的家庭供電系統(tǒng)也將同時配備USB接口、單相插座和48V直流插座，利用家電內(nèi)部的逆變裝置實現(xiàn)交流變頻供電。
直流化也應(yīng)該是未來高鐵發(fā)展的重要方向，將推動高鐵性能指標(biāo)進(jìn)一步提升。首先，直流將避免過分相的困擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。其次，在列車密集路段，直流將避免交流系統(tǒng)中電壓頻率震蕩的問題。目前，直流化最大的挑戰(zhàn)是故障保護(hù)問題，即在直流電壓沒有“自然過零點”的情況下如何迅速滅弧、可靠分?jǐn)喙收想娏鳌＿@就需要研制更靈活、可靠的直流斷路器，并設(shè)計與其配套的故障檢測技術(shù)和保護(hù)策略，需要一套頂層設(shè)計方案。
