APP 當前，世界百年未有之大變局正加速演進，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。潮起正是揚帆時，當建設世界科技強國的號角吹響，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。
▲查曉明團隊合影
2022年6月25日，在湖北省科技創(chuàng)新大會上，武漢大學電氣與自動化學院教授查曉明及其團隊主持的項目“大功率電力電子變流設備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運行能力提升、試驗及應用”斬獲2021年度湖北省科技進步獎一等獎。成果面向構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備檢測試驗系統(tǒng)，提高了我國電力電子裝備生產(chǎn)制造和應用水平，成為電力行業(yè)科技創(chuàng)新的示范。
當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。
理論和實踐相結(jié)合的成長之路
時鐘撥到30多年前——1985年，查曉明考入武漢水利電力學院應用電子專業(yè)。因興趣及從小養(yǎng)成的勤奮刻苦的良好習慣，自入學那一天起，他就一頭扎進專業(yè)知識的海洋里埋首苦學。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)相關的知識反復鉆研領會，為后來的實踐和科研之路打下了扎實的理論基礎。
“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，構建和完善自己專業(yè)知識體系的同時，查曉明不忘提高自己的實踐能力。為了將自己所學的理論知識落地，尚在求學時期的他就勇敢地走出校園去尋找實踐機會。從單片機程序開發(fā)到與汽輪發(fā)電機監(jiān)測，從高壓電力開關到電阻測量設備等，在扎實的理論基礎與敢想敢拼性格的加持之下，查曉明收獲了一個又一個符合市場需求的技術和產(chǎn)品，也收獲了合作方的信任。有一段時間，武漢科技街上眾多商家所用廣告刻字機的核心技術都是出自查曉明之手。
深厚的理論知識儲備與強悍的實踐學習能力讓查曉明的求學深造之路順風順水：他先后取得了武漢水利電力學院應用電子技術專業(yè)工學學士、電力電子技術專業(yè)碩士及武漢大學電力系統(tǒng)自動化專業(yè)的博士學位。博士畢業(yè)后，為了擴大專業(yè)知識面，他前往加拿大阿爾伯塔大學從事博士后研究，進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，回到武漢大學繼續(xù)從事大功率電力電子功率變換技術、新能源發(fā)電及新型供配電系統(tǒng)技術、電力電子化電力系統(tǒng)的運行與控制技術等方向的研究。在十數(shù)年的積淀下，彼時的他早已經(jīng)在電力領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。
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設施，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提供重要保障。電網(wǎng)穩(wěn)定事關國民經(jīng)濟發(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)生極其嚴重的影響。事實上，按照傳統(tǒng)電網(wǎng)配置和運行方式，那場雷電對電網(wǎng)的運行不至于造成大停電的嚴重后果。問題在于事發(fā)時，當?shù)仫L電滲透率達到了34.71%，由于風電場都是使用電力電子變流裝備進行并網(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，由此導致的電網(wǎng)連鎖反應引發(fā)了大規(guī)模的嚴重停電事故。
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，并持續(xù)推動風能等新能源的發(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。早在2009年，他就開始帶領團隊開展大規(guī)模新能源風力發(fā)電脫網(wǎng)問題的相關研究工作，在這個方向積累了豐富的經(jīng)驗。此后，依托在相關領域打下的堅實基礎，他正式開啟了大功率電力電子變流設備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運行能力方面的研究，旨在掌握外部環(huán)境能夠影響變流器正常運行的邊界，在電力電子學理論方面建立一個安全運行域概念。在這個思路啟發(fā)下，他帶領團隊主持并開展了國家自然科學基金重點項目“電力系統(tǒng)安全性框架下并網(wǎng)電力電子變流器運行韌性分析及評估研究”，意圖從電力電子并網(wǎng)變流器運行控制、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)定運行建立一個安全屏障。十年磨一劍，磨礪終成器，經(jīng)過十余年埋首攻關，他和團隊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“運行韌性”的概念，形成了電網(wǎng)故障擾動下面向拓撲－調(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。
項目組牽頭制定了1項國家標準和2項電力行業(yè)標準，制定檢測規(guī)程12項；獲授權中國發(fā)明專利49項，實用新型專利9項，軟件著作權2項；發(fā)表論文129篇，獲國內(nèi)外論文獎3次。項目突破了大功率電力電子變流設備接入電網(wǎng)穩(wěn)定運行和試驗技術，研制了國內(nèi)外首套35kV/12MVA電網(wǎng)適應性試驗平臺，應用于80余家變流設備制造廠商、500多座新能源場站，提出設備整改建議2000余項，有力地推動了我國電力電子變流設備制造水平的提升，保障了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。這一系列創(chuàng)新成果為查曉明及其團隊最終榮獲湖北省科技進步獎一等獎奠定了堅實基礎。
團隊成果還先后獲得中國電力科技進步一等獎、教育部高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎技術發(fā)明獎二等獎等省部級獎勵。由查曉明主持的國家自然科學基金重點項目“電力系統(tǒng)安全性框架下并網(wǎng)電力電子變流器運行韌性分析及評估研究”也順利通過驗收，并獲評“優(yōu)秀”結(jié)題?？梢哉f，查曉明及其團隊的這一系列突破性的研究成果，有效地保障了一些敏感負荷的用電穩(wěn)定，同時在“雙碳”目標的背景下，有力地推動了國家經(jīng)濟向綠色、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，在教育教學方面，查曉明同樣收獲頗豐。他帶領教學團隊打通了“本—碩—博”不同層次的課程教學體系，創(chuàng)建了以教學團隊為基層組織的教學管理模式，主持構建了“武大特色－行業(yè)特色－學科前沿”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改革項目2項，省級教改項目2項，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、柔性化教學體系”獲2017年湖北省教學成果獎一等獎等。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，換來了團隊持續(xù)發(fā)展的蓬勃力量。
事實上，數(shù)十年的研究生涯，查曉明及其團隊取得的成果遠不止于此。面向電力領域應用，他們還成功研發(fā)出了大功率電機用的高壓變頻器、動態(tài)無功補償裝置、有源電力濾波器，以及應用于電力系統(tǒng)及新能源領域測試專用的高電壓大功率試驗電源等眾多產(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。
能夠取得如此多的重要成果，得益于查曉明對團隊成員“創(chuàng)新意識”的高要求。在他看來，科研應當是不斷提出新問題，實現(xiàn)新突破的過程，唯有如此，才能實現(xiàn)更高的科研目標。當然，無論創(chuàng)新成果水平有多高，他研究的出發(fā)點與落腳點一定是為社會實際需求服務。他希望，在今后的科研生涯中，他能夠和團隊一起取得更多突破性進展，并將這些科技創(chuàng)新成果真正落到實處，惠及千家萬戶，助力電力強國崛起。
