——记武汉大学电气与自动化学院教授查晓明及其团队

　　　黄雪霜  吴应清　　

　　当前，世界百年未有之大变局正加速演进，新一轮科技革命正深入发展，科技创新已成为国际战略博弈的主要战场。潮起正是扬帆时，当建设世界科技强国的号角吹响，一批批科技工作者踏上创新征程，创新的故事接连上演。

　　2022年6月25日，在湖北省科技创新大会上，武汉大学电气与自动化学院教授查晓明及其团队主持的项目“大功率电力电子变流设备接入电网稳定运行能力提升、试验及应用”斩获2021年度湖北省科技进步奖一等奖。成果面向构建以新能源为主体的新型电力系统国家战略需求，创新了电力电子变流设备规模化接入电网交互作用分析方法，建成了国内外首套高压大容量电力电子变流设备检测试验系统，提高了我国电力电子装备生产制造和应用水平，成为电力行业科技创新的示范。

　　当鲜花和掌声纷至沓来，众人看到的是光鲜亮丽，唯有查晓明和他的研究伙伴们知道，这条科技创新之路并不是一蹴而就。

理论和实践相结合的成长之路

　　时钟拨到30多年前——1985年，查晓明考入武汉水利电力学院应用电子专业。因兴趣及从小养成的勤奋刻苦的良好习惯，自入学那一天起，他就一头扎进专业知识的海洋里埋首苦学。从信号处理到仪器仪表，再到电力系统，他将这些与专业相关的知识反复钻研领会，为后来的实践和科研之路打下了扎实的理论基础。

　　“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。”不断积累专业理论知识，构建和完善自己专业知识体系的同时，查晓明不忘提高自己的实践能力。为了将自己所学的理论知识落地，尚在求学时期的他就勇敢地走出校园去寻找实践机会。从单片机程序开发到与汽轮发电机监测，从高压电力开关到电阻测量设备等，在扎实的理论基础与敢想敢拼性格的加持之下，查晓明收获了一个又一个符合市场需求的技术和产品，也收获了合作方的信任。有一段时间，武汉科技街上众多商家所用广告刻字机的核心技术都是出自查晓明之手。

　　深厚的理论知识储备与强悍的实践学习能力让查晓明的求学深造之路顺风顺水：他先后取得了武汉水利电力学院应用电子技术专业工学学士、电力电子技术专业硕士及武汉大学电力系统自动化专业的博士学位。博士毕业后，为了扩大专业知识面，他前往加拿大阿尔伯塔大学从事博士后研究，进行电力工程方向的深入研究。

　　2003年，查晓明结束在加拿大的博士后工作，回到武汉大学继续从事大功率电力电子功率变换技术、新能源发电及新型供配电系统技术、电力电子化电力系统的运行与控制技术等方向的研究。在十数年的积淀下，彼时的他早已经在电力领域取得了一系列的科研成果，并在洞悉社会需求、以科研成果推动社会发展方面积累了丰富的经验。

立足战略需求之下的创新之路

　　电力是现代化社会和国家的基础设施，它不仅为能源密集型行业如工业、制造业、信息产业等提供支撑，还为居民生活和社会服务提供重要保障。电网稳定事关国民经济发展和社会稳定。然而，在多年的科研工作中，查晓明早就发现，电力电子装备受到外部扰动容易发生振荡、脱网等故障。

　　2019年8月9日，在一场雷电天气中，英格兰及威尔士地区发生大规模停电事故，对工业生产、居民生活等产生极其严重的影响。事实上，按照传统电网配置和运行方式，那场雷电对电网的运行不至于造成大停电的严重后果。问题在于事发时，当地风电渗透率达到了34.71%，由于风电场都是使用电力电子变流装备进行并网发电，在雷电的干扰下，脆弱的电力电子装备出现脱网问题，由此导致的电网连锁反应引发了大规模的严重停电事故。

　　被这一问题困扰的并不止英国。随着气候的恶化及科技的发展，我国提出“双碳”发展目标，并持续推动风能等新能源的发展。在这一背景之下，因新能源并网系统中的电力电子变流器受外部扰动因素产生故障的概率大大提高，查晓明很早就意识到了这一点。早在2009年，他就开始带领团队开展大规模新能源风力发电脱网问题的相关研究工作，在这个方向积累了丰富的经验。此后，依托在相关领域打下的坚实基础，他正式开启了大功率电力电子变流设备接入电网稳定运行能力方面的研究，旨在掌握外部环境能够影响变流器正常运行的边界，在电力电子学理论方面建立一个安全运行域概念。在这个思路启发下，他带领团队主持并开展了国家自然科学基金重点项目“电力系统安全性框架下并网电力电子变流器运行韧性分析及评估研究”，意图从电力电子并网变流器运行控制、耐受能力、测试评估三方面全面研究电力电子并网装备的安全稳定性。

　　查晓明的目标很清晰，他要做的，就是在国家大力发展以新能源为主体的新型电力系统的战略趋势下，为电网的稳定运行建立一个安全屏障。十年磨一剑，磨砺终成器，经过十余年埋首攻关，他和团队终于收获了一系列的创新成果：先后提出了并网变流器在电网故障扰动下的动态建模方法、并网变流器集群的聚合动态等值方法，形成了并网变流器运行控制的安全稳定边界；创造性地提出了电力电子并网变流器“运行韧性”的概念，形成了电网故障扰动下面向拓扑－调制－器件的并网变流器系统性的安全稳定分析方法。

　　项目组牵头制定了1项国家标准和2项电力行业标准，制定检测规程12项；获授权中国发明专利49项，实用新型专利9项，软件著作权2项；发表论文129篇，获国内外论文奖3次。项目突破了大功率电力电子变流设备接入电网稳定运行和试验技术，研制了国内外首套35kV/12MVA电网适应性试验平台，应用于80余家变流设备制造厂商、500多座新能源场站，提出设备整改建议2000余项，有力地推动了我国电力电子变流设备制造水平的提升，保障了电网安全稳定运行。这一系列创新成果为查晓明及其团队最终荣获湖北省科技进步奖一等奖奠定了坚实基础。

　　团队成果还先后获得中国电力科技进步一等奖、教育部高等学校科学研究优秀成果奖技术发明奖二等奖等省部级奖励。由查晓明主持的国家自然科学基金重点项目“电力系统安全性框架下并网电力电子变流器运行韧性分析及评估研究”也顺利通过验收，并获评“优秀”结题。可以说，查晓明及其团队的这一系列突破性的研究成果，有效地保障了一些敏感负荷的用电稳定，同时在“双碳”目标的背景下，有力地推动了国家经济向绿色、高质量发展。

基于创新意识落于社会需求的未来之路

　　埋首科研的同时，在教育教学方面，查晓明同样收获颇丰。他带领教学团队打通了“本—硕—博”不同层次的课程教学体系，创建了以教学团队为基层组织的教学管理模式，主持构建了“武大特色－行业特色－学科前沿”的平台课程体系，推动了特色鲜明的电气工程专业本科人才培养体系的建立。多年来，他先后主持教育部教学改革项目2项，省级教改项目2项，成果“立足于无缝衔接的电气工程及其自动化专业三维度、柔性化教学体系”获2017年湖北省教学成果奖一等奖等。桃李不言，下自成蹊，精心培育桃李换来了新一代的成长和壮大，换来了团队持续发展的蓬勃力量。

　　事实上，数十年的研究生涯，查晓明及其团队取得的成果远不止于此。面向电力领域应用，他们还成功研发出了大功率电机用的高压变频器、动态无功补偿装置、有源电力滤波器，以及应用于电力系统及新能源领域测试专用的高电压大功率试验电源等众多产业化成果，为成果落地惠及普通老百姓作出了一系列的创新贡献。

　　能够取得如此多的重要成果，得益于查晓明对团队成员“创新意识”的高要求。在他看来，科研应当是不断提出新问题，实现新突破的过程，唯有如此，才能实现更高的科研目标。当然，无论创新成果水平有多高，他研究的出发点与落脚点一定是为社会实际需求服务。他希望，在今后的科研生涯中，他能够和团队一起取得更多突破性进展，并将这些科技创新成果真正落到实处，惠及千家万户，助力电力强国崛起。