奖项类别

技术发明奖

主要完成单位

山东大学，清华大学，中国科学院福建物质结构研究所，西安理工大学，浙江大学，中车山东风电有限公司

主要完成人

张祯滨，张品佳，汪凤翔，李真，尹忠刚，吴立建，董营，李钢强

项目亮点

充分考虑了大容量电能变换系统开关、并网全过程的非线性特征，发明了极低开关频率最优调制、宽变短路比低惯量电网大信号致稳控制、多维信息融合极限速预测性运维技术，显著提升了系统电能质量、并网稳定性和运行可靠性。

项目介绍

能源攸关全球生态安全乃至人类文明存续。按《“十四五”现代能源体系规划》，构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系是能源转型的必然路径。我国风能来源广泛、可利用容量丰富，对构建新型能源体系、实现“双碳”目标具有重要意义。更大单机容量风电因度电成本低、风机可用率高等优势，已成发展趋势。

电能变换作为大兆瓦级风电系统的核心能量转换载体，承担机电能量转化调控、电磁能量变换、并网及电力输控的重任。然而，随单机风电容量的增大，电能变换的调控精益度、并网稳定性和运行可靠性面临极限化的内外部运行约束，传统电能变换调制与控制理论与技术难以适用。项目组在国家重点研发计划、国自然杰青与面上基金、中组部千人计划及央属企业科技项目支持下，聚焦大容量风电电能变换“高质量调控、强稳定并网、高可靠运行”三大目标，取得了三方面创新发明，简述如下。

创新点1：发明了面向高电能质量的大容量风电电能变换广义最优调制技术。针对大容量风电电能变换极低载波比运行需求，提出了协同优化单机及集群电能质量及效率的“广义最优调制”理论；发明了低载波比下大信号预测控制技术，攻克了极低开关频率（≤250Hz）下电能变换系统电能质量差、动态响应慢的难题，尽限提升了系统的调控精度与效率。

创新点2：发明了面向电网短路比宽范围变化的风电电能变换广域致稳预测控制技术。针对高新能源渗透率电网的宽变短路比、低惯量运行需求，构建了并网风电的大信号非线性模型，揭示了其多类振荡的分岔本质；提出了系统稳定域评估工具及其增广技术；发明了“状态内模修正式”预测控制与“多异质控制目标协同优化”无权系数预测控制框架，尽限提升了风电电能变换系统在极端扰动、参数畸变及多异质控制目标耦合情况下的鲁棒性。

创新点3：发明了面向高可靠运行的大容量风电电能变换预测性运维技术。针对复杂及恶劣环境下大容量风电电能变换系统故障频发，但故障预测及辨识精度低、速度慢的难题，构建了系统“多维信息融合”的动态演进式数字孪生预测模型，发明了基于“动态图论解析”的极限速、高精度故障辨识方法；提出了环境感知与运维调控融合的系统部件寿命“动态均衡”预测性运维技术，提升了恶劣环境下系统的运行可靠性与尽限服役能力。

项目图片

图1_项目总体研究思路图

图2_项目组自主研发的兆瓦级风电变流装备单元

图3_项目组自主研发的智能终端变流控制装备及数智运维平台

图4_应用项目创新成果的风电机组

完成单位介绍及对项目的贡献

1. 山东大学（第一完成单位）

山东大学是国家首批“211工程”和“985工程”重点建设高校、“双一流”A类重点建设高校，拥有电气工程等一级博士学位授予权和博士后流动站。在电气工程领域拥有电力系统及其自动化国家重点（培育）学科、“新能源与高效节能”国家地方联合工程研究中心、“电力电子节能技术与装备”教育部工程研究中心等多个国家及省部级研究中心。

山东大学作为项目的第一完成单位，负责项目的整体管理，制定了项目的技术路线及实施方案，管理项目进度安排。牵头创新点1～3的研究，负责大容量风电电能变换广义最优调控策略、大容量风电电能变换广域致稳预测控制方法、大容量风电电能变换预测性运维技术的研究工作。

2. 清华大学（第二完成单位）

清华大学是中央直管高校，国家首批“双一流”A类、“985工程”、“211工程”重点建设高校，拥有电气工程领域首批国家一级重点学科和一级学科博士点，在历次学科评估中保持全国第一或A+。

清华作为项目的第二完成单位，辅助第一完成单位进行项目管理和进度监督，辅助第一完成单位完成创新点3“大容量风电电能变换预测性运维技术”的研究。

3. 中国科学院福建物质结构研究所（第三完成单位）

中国科学院福建物质结构研究所是中国科学院优秀研究所，拥有4个国家级创新平台以及20多个中国科学院、省部级创新平台；拥有一级学科博士学位授权点3个、二级学科博士学位授权点10个、二级学科硕士学位授权点10个、专业硕士学位授权领域3个；并设有2个博士后科研流动站。

中国科学院福建物质结构研究所作为项目的第三完成单位，辅助第一完成单位进行项目管理和进度监督，辅助第一完成单位完成项目创新点2“风电电能变换广域致稳预测控制方法”的研究。

4. 西安理工大学（第四完成单位）

西安理工大学是陕西省省属高水平大学，新丝绸之路大学联盟成员，全国首批博士、硕士、学士学位授予单位。入选卓越工程师教育培养计划、新工科研究与实践项目，是中国西北地区电气工程、装备制造高级专门人才的重要培养基地和科研中心之一。

西安理工大学作为项目的第四完成单位，辅助第一完成单位完成项目创新点2“风电电能变换广域致稳预测控制方法”的研究。

5. 浙江大学（第五完成单位）

浙江大学是国家首批“双一流”A类、“985工程”、“211工程”重点建设高校，拥有电气工程领域首批国家一级重点学科和一级学科博士点，建有电力电子应用技术国家工程研究中心等9个国家级/省部级科研平台。

浙江大学作为项目的第五完成单位，辅助第一完成单位完成项目创新点1“大容量风电电能变换广义最优调控策略”的研究。

6. 中车山东风电有限公司（第六完成单位）

中车山东风电有限公司是是中国中车集团投资设立的大型风电装备制造企业，拥有全功率整机试验站、半实物仿真平台等先进研发设施，累计开发7个功率等级40余款机型，多次亮相中国—东北亚博览会等国家级展会，展示了新一代大功率风电机组技术成果。

中车山东风电有限公司作为项目的第六完成单位，辅助第一完成单位完成创新点1~3的测试及产业化应用研究工作，协助推进项目成果的产业化应用。

第一完成人简介

张祯滨 教授

山东大学

张祯滨（第一完成人），山东大学教授/博导、校直属研究所所长、电力电子化能源系统实验室主任、智慧能源与海工装备团队负责人，山东省“泰山学者”特聘教授、慕尼黑工业大学客座教授、剑桥大学客座教授/高级访问学者。

张祯滨教授深耕大容量风电电能变换领域15年，面向我国风电行业主战场与国家重大产业需求，获山东省“杰青”、济南市创新领军人才计划资助，承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省重大科技创新工程等纵横向项目30余项，发表SCI/EI论文293篇，总被引7287次，授权发明专利70余件，出版教材2部。获日内瓦国际发明展金奖（1/10）、中国电源学会青年科技创新奖、中国电工技术学会青年科技奖。入选IET Fellow、入选斯坦福全球前2%顶尖科学家“年度科学影响力”与“终身科学影响力”榜单。被遴选为IEEE电力电子与电驱系统预测控制（变流驱控领域旗舰会议）、IEEE工业电子与应用（工业电子领域旗舰会议）两个国际会议大会主席。