查曉明及其團(tuán)隊(duì) | 以科技創(chuàng)新為鑰 開電力強(qiáng)國之門

當(dāng)前，世界百年未有之大變局正加速演進(jìn)，新一輪科技革命正深入發(fā)展，科技創(chuàng)新已成為國際戰(zhàn)略博弈的主要戰(zhàn)場。潮起正是揚(yáng)帆時(shí)，當(dāng)建設(shè)世界科技強(qiáng)國的號角吹響，一批批科技工作者踏上創(chuàng)新征程，創(chuàng)新的故事接連上演。

▲查曉明團(tuán)隊(duì)合影

2022年6月25日，在湖北省科技創(chuàng)新大會上，武漢大學(xué)電氣與自動化學(xué)院教授查曉明及其團(tuán)隊(duì)主持的項(xiàng)目“大功率電力電子變流設(shè)備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力提升、試驗(yàn)及應(yīng)用”斬獲2021年度湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。成果面向構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)國家戰(zhàn)略需求，創(chuàng)新了電力電子變流設(shè)備規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)交互作用分析方法，建成了國內(nèi)外首套高壓大容量電力電子變流設(shè)備檢測試驗(yàn)系統(tǒng)，提高了我國電力電子裝備生產(chǎn)制造和應(yīng)用水平，成為電力行業(yè)科技創(chuàng)新的示范。

當(dāng)鮮花和掌聲紛至沓來，眾人看到的是光鮮亮麗，唯有查曉明和他的研究伙伴們知道，這條科技創(chuàng)新之路并不是一蹴而就。

理論和實(shí)踐相結(jié)合的成長之路

時(shí)鐘撥到30多年前——1985年，查曉明考入武漢水利電力學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)。因興趣及從小養(yǎng)成的勤奮刻苦的良好習(xí)慣，自入學(xué)那一天起，他就一頭扎進(jìn)專業(yè)知識的海洋里埋首苦學(xué)。從信號處理到儀器儀表，再到電力系統(tǒng)，他將這些與專業(yè)相關(guān)的知識反復(fù)鉆研領(lǐng)會，為后來的實(shí)踐和科研之路打下了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！辈粩喾e累專業(yè)理論知識，構(gòu)建和完善自己專業(yè)知識體系的同時(shí)，查曉明不忘提高自己的實(shí)踐能力。為了將自己所學(xué)的理論知識落地，尚在求學(xué)時(shí)期的他就勇敢地走出校園去尋找實(shí)踐機(jī)會。從單片機(jī)程序開發(fā)到與汽輪發(fā)電機(jī)監(jiān)測，從高壓電力開關(guān)到電阻測量設(shè)備等，在扎實(shí)的理論基礎(chǔ)與敢想敢拼性格的加持之下，查曉明收獲了一個(gè)又一個(gè)符合市場需求的技術(shù)和產(chǎn)品，也收獲了合作方的信任。有一段時(shí)間，武漢科技街上眾多商家所用廣告刻字機(jī)的核心技術(shù)都是出自查曉明之手。

深厚的理論知識儲備與強(qiáng)悍的實(shí)踐學(xué)習(xí)能力讓查曉明的求學(xué)深造之路順風(fēng)順?biāo)核群笕〉昧宋錆h水利電力學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)工學(xué)學(xué)士、電力電子技術(shù)專業(yè)碩士及武漢大學(xué)電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的博士學(xué)位。博士畢業(yè)后，為了擴(kuò)大專業(yè)知識面，他前往加拿大阿爾伯塔大學(xué)從事博士后研究，進(jìn)行電力工程方向的深入研究。

2003年，查曉明結(jié)束在加拿大的博士后工作，回到武漢大學(xué)繼續(xù)從事大功率電力電子功率變換技術(shù)、新能源發(fā)電及新型供配電系統(tǒng)技術(shù)、電力電子化電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制技術(shù)等方向的研究。在十?dāng)?shù)年的積淀下，彼時(shí)的他早已經(jīng)在電力領(lǐng)域取得了一系列的科研成果，并在洞悉社會需求、以科研成果推動社會發(fā)展方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

立足戰(zhàn)略需求之下的創(chuàng)新之路

電力是現(xiàn)代化社會和國家的基礎(chǔ)設(shè)施，它不僅為能源密集型行業(yè)如工業(yè)、制造業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)等提供支撐，還為居民生活和社會服務(wù)提供重要保障。電網(wǎng)穩(wěn)定事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定。然而，在多年的科研工作中，查曉明早就發(fā)現(xiàn)，電力電子裝備受到外部擾動容易發(fā)生振蕩、脫網(wǎng)等故障。

2019年8月9日，在一場雷電天氣中，英格蘭及威爾士地區(qū)發(fā)生大規(guī)模停電事故，對工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等產(chǎn)生極其嚴(yán)重的影響。事實(shí)上，按照傳統(tǒng)電網(wǎng)配置和運(yùn)行方式，那場雷電對電網(wǎng)的運(yùn)行不至于造成大停電的嚴(yán)重后果。問題在于事發(fā)時(shí)，當(dāng)?shù)仫L(fēng)電滲透率達(dá)到了34.71%，由于風(fēng)電場都是使用電力電子變流裝備進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，在雷電的干擾下，脆弱的電力電子裝備出現(xiàn)脫網(wǎng)問題，由此導(dǎo)致的電網(wǎng)連鎖反應(yīng)引發(fā)了大規(guī)模的嚴(yán)重停電事故。

被這一問題困擾的并不止英國。隨著氣候的惡化及科技的發(fā)展，我國提出“雙碳”發(fā)展目標(biāo)，并持續(xù)推動風(fēng)能等新能源的發(fā)展。在這一背景之下，因新能源并網(wǎng)系統(tǒng)中的電力電子變流器受外部擾動因素產(chǎn)生故障的概率大大提高，查曉明很早就意識到了這一點(diǎn)。早在2009年，他就開始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展大規(guī)模新能源風(fēng)力發(fā)電脫網(wǎng)問題的相關(guān)研究工作，在這個(gè)方向積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。此后，依托在相關(guān)領(lǐng)域打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，他正式開啟了大功率電力電子變流設(shè)備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力方面的研究，旨在掌握外部環(huán)境能夠影響變流器正常運(yùn)行的邊界，在電力電子學(xué)理論方面建立一個(gè)安全運(yùn)行域概念。在這個(gè)思路啟發(fā)下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)主持并開展了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“電力系統(tǒng)安全性框架下并網(wǎng)電力電子變流器運(yùn)行韌性分析及評估研究”，意圖從電力電子并網(wǎng)變流器運(yùn)行控制、耐受能力、測試評估三方面全面研究電力電子并網(wǎng)裝備的安全穩(wěn)定性。

查曉明的目標(biāo)很清晰，他要做的，就是在國家大力發(fā)展以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略趨勢下，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行建立一個(gè)安全屏障。十年磨一劍，磨礪終成器，經(jīng)過十余年埋首攻關(guān)，他和團(tuán)隊(duì)終于收獲了一系列的創(chuàng)新成果：先后提出了并網(wǎng)變流器在電網(wǎng)故障擾動下的動態(tài)建模方法、并網(wǎng)變流器集群的聚合動態(tài)等值方法，形成了并網(wǎng)變流器運(yùn)行控制的安全穩(wěn)定邊界；創(chuàng)造性地提出了電力電子并網(wǎng)變流器“運(yùn)行韌性”的概念，形成了電網(wǎng)故障擾動下面向拓?fù)洌{(diào)制－器件的并網(wǎng)變流器系統(tǒng)性的安全穩(wěn)定分析方法。

項(xiàng)目組牽頭制定了1項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和2項(xiàng)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，制定檢測規(guī)程12項(xiàng)；獲授權(quán)中國發(fā)明專利49項(xiàng)，實(shí)用新型專利9項(xiàng)，軟件著作權(quán)2項(xiàng)；發(fā)表論文129篇，獲國內(nèi)外論文獎(jiǎng)3次。項(xiàng)目突破了大功率電力電子變流設(shè)備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和試驗(yàn)技術(shù)，研制了國內(nèi)外首套35kV/12MVA電網(wǎng)適應(yīng)性試驗(yàn)平臺，應(yīng)用于80余家變流設(shè)備制造廠商、500多座新能源場站，提出設(shè)備整改建議2000余項(xiàng)，有力地推動了我國電力電子變流設(shè)備制造水平的提升，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。這一系列創(chuàng)新成果為查曉明及其團(tuán)隊(duì)最終榮獲湖北省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

團(tuán)隊(duì)成果還先后獲得中國電力科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、教育部高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果獎(jiǎng)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等省部級獎(jiǎng)勵(lì)。由查曉明主持的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“電力系統(tǒng)安全性框架下并網(wǎng)電力電子變流器運(yùn)行韌性分析及評估研究”也順利通過驗(yàn)收，并獲評“優(yōu)秀”結(jié)題?？梢哉f，查曉明及其團(tuán)隊(duì)的這一系列突破性的研究成果，有效地保障了一些敏感負(fù)荷的用電穩(wěn)定，同時(shí)在“雙碳”目標(biāo)的背景下，有力地推動了國家經(jīng)濟(jì)向綠色、高質(zhì)量發(fā)展。

基于創(chuàng)新意識落于社會需求的未來之路

埋首科研的同時(shí)，在教育教學(xué)方面，查曉明同樣收獲頗豐。他帶領(lǐng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)打通了“本—碩—博”不同層次的課程教學(xué)體系，創(chuàng)建了以教學(xué)團(tuán)隊(duì)為基層組織的教學(xué)管理模式，主持構(gòu)建了“武大特色－行業(yè)特色－學(xué)科前沿”的平臺課程體系，推動了特色鮮明的電氣工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)體系的建立。多年來，他先后主持教育部教學(xué)改革項(xiàng)目2項(xiàng)，省級教改項(xiàng)目2項(xiàng)，成果“立足于無縫銜接的電氣工程及其自動化專業(yè)三維度、柔性化教學(xué)體系”獲2017年湖北省教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)等。桃李不言，下自成蹊，精心培育桃李換來了新一代的成長和壯大，換來了團(tuán)隊(duì)持續(xù)發(fā)展的蓬勃力量。

事實(shí)上，數(shù)十年的研究生涯，查曉明及其團(tuán)隊(duì)取得的成果遠(yuǎn)不止于此。面向電力領(lǐng)域應(yīng)用，他們還成功研發(fā)出了大功率電機(jī)用的高壓變頻器、動態(tài)無功補(bǔ)償裝置、有源電力濾波器，以及應(yīng)用于電力系統(tǒng)及新能源領(lǐng)域測試專用的高電壓大功率試驗(yàn)電源等眾多產(chǎn)業(yè)化成果，為成果落地惠及普通老百姓作出了一系列的創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

能夠取得如此多的重要成果，得益于查曉明對團(tuán)隊(duì)成員“創(chuàng)新意識”的高要求。在他看來，科研應(yīng)當(dāng)是不斷提出新問題，實(shí)現(xiàn)新突破的過程，唯有如此，才能實(shí)現(xiàn)更高的科研目標(biāo)。當(dāng)然，無論創(chuàng)新成果水平有多高，他研究的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)一定是為社會實(shí)際需求服務(wù)。他希望，在今后的科研生涯中，他能夠和團(tuán)隊(duì)一起取得更多突破性進(jìn)展，并將這些科技創(chuàng)新成果真正落到實(shí)處，惠及千家萬戶，助力電力強(qiáng)國崛起。