电力开关装备技术基础是支撑电力系统安全可靠运行的核心关键，是制约我国舰船、 城市直流电网和大容量发电站建设的瓶颈。报告人致力于该领域研究，取得了四个代表性 成果： 1）突破了舰船综合电力技术的一大瓶颈。研究揭示了大容量空气电弧发展规律和影 响机理，发明了自能式气吹、磁吹相结合的电弧调控方法，研制了系列空气直流断路器。 成果被鉴定为国际领先，为我国大型舰船、潜艇的发展“保驾护航”。 2）支撑了世界最大的城市直流电网建设。研究攻克了电流转移与过零、电压建立与 耐受等关键问题，提出了新型开断原理并研发了开关装备，引领了国内外直流断路器的发 展方向，成果被鉴定为国际领先，在国内外规模最大的城市直流电网工程率先批量应用。 3）解决了大容量发电的卡脖子问题。研究揭示了大容量发电机出口短路电流的主动 调控机理，提出了基于电流转移与零点控制新型开断原理和拓扑结构，开发了大容量发电 机断路器样机，技术性能、环境友好方面均超越 ABB 产品。

太阳能、风能等可再生能源的大规模应用对分布式能源和能源间转换提出了更高的要 求，特别是风-光-波浪-储(氢、电池、飞轮)等异质能源间(多能源系统)的转换和调控极具 挑战。电力电子技术是构建分布式能源和能源间转换的核心技术之一，它以电能变换为主 体，通过灵活可变的电能形态和参数，既满足异质能源形式的多样性需求，又实现能量的 高性能调控。电路拓扑和调控方式是电力电子技术实现能量高效率变换和高性能调控的基 础和关键。除能源转换系统，基于电力电子技术的电能(力)变换也是现代电能系统必不可 少的核心装备。报告主要介绍相关拓扑理论和调控方法的研究工作： 1、直流-直流变换最为基本也应用最广。高增益拓扑构造理论，实现高增益变换电路 结构从多级低效到单级高效的根本转变。 2、多电平电路拓扑及电平调制是高压大功率变换装备的核心。多电平拓扑形成原理 和调制组合方法，实现大功率变换装备的自主创新和性能跃升。 3、功率器件瞬态性能测试和表征方法，为高可靠变换装备的设计奠定基础。

节能与储能技术在能源动力、石油化工、电力冶金、制冷低温、航空航天等领域广泛 使用，发展先进高效的节能与储能技术是实现双碳目标的必然要求，也是开发新型国防装 备的迫切需要。影响节能和储能技术性能的关键因素之一是其传递过程中的动量传递、热 量传递和质量传递效果，本报告讨论了节能和储能传递过程中动量、热量和质量之间的传 递不协同现象，以及由此引起的系统效率、换热量、紧凑性、可靠性、安全性等性能提升 困难的瓶颈难题，提出了基于热阻调控的三种典型节能与储能传递过程强化原理及技术。 在单侧单相流体传递强化过程中，提出了单侧热阻的定向推流调控方法，实现了热阻与流 阻的合理匹配，开发了连续螺旋折流板管壳式换热器、纵向波纹内翅片管和格栅-颗粒复 合堆积床技术。在双侧流体传递强化过程中，建立了双侧热阻的局部靶向控制方法，考虑 了展向热阻和流向热阻的差异，开发了高温气-气换热器和移动床换热器技术。在相变储 能传递强化过程中，揭示了储能过程热阻的时空演变机制，建立了热阻的时空调节方法， 开发了超声协同强化相变材料蓄冷技术和多温区相变材料协同热电器件发电技术。

告摘要 纳米储能材料与器件是我国电动汽车、生物医疗等战略性新兴产业及实现医工交叉和 “双碳”目标的重大需求，面临两大科学难题：一是容量衰减的物理机制不明，缺乏原位表 征方法；二是高能量密度和高功率密度极难兼顾，缺乏电子/离子输运理论支撑。为此，报 告人团队致力于储能材料与器件交叉科学技术及应用研究：（1）创建了单根纳米线储能器 件原位表征的普适新模型，发现了容量衰减的内在物理机制，解决了制约储能器件发展的关 键科学难题，引领了单纳米基元电化学原位表征科学技术的发展。进而研制了二维面探 X 射线原位电化学表征系统和 4K 超高清医疗内窥镜系统，被 CATL、华盛顿大学等 73 家单 位采用，实现销售额 3.43 亿元。（2）建立了分级结构高效储能材料的通用制备科学方法， 解决了结构劣化导致器件性能衰减的科学难题，实现了循环稳定性和能量密度的协同提升， 推动了分级结构高效储能材料的应用。由此发明的产品能量密度达 350 Wh/kg，在东风公 司装车示范安全运行。

为应对气候变化，全球正致力于实现碳中和目标，而关乎国计民生的能源电力行业是 碳排放占比最大的单一行业，因此能源电力系统减碳至关重要。能源电力系统是一个复杂 的非线性随机动力学系统，如何兼顾其运行的安全性、经济性和清洁低碳，对其进行精确 建模、快速分析和高效控制是重要的技术科学问题，并与信息科学、应用数学等多学科深 度交叉。宋永华长期进行这一领域的研究：（1）提出灵活交流输电系统功率注入统一模 型和解耦控制技术，精准提升输电通道利用率和系统安全性，被认为是电力系统学科最基 础的“牛顿法潮流建模”领域的“优秀工作”。（2）提出基于交流最优潮流的电力系统 安全要素价值模型及分解机理，成为国际著名电力系统分析软件的基础。（3）在挖掘灵 活负荷调节能力跟随发电变化的新型电力系统调控技术领域，提出集中式工业负荷的分段 显示优化控制方法及技术、分散式商业负荷的分层汇聚集群优化控制方法及技术，并成功 应用于我国 11 个省市，有效提升高比例新能源电力系统的安全经济低碳运行水平，对我 国实现“双碳”战略目标具有重要的支撑作用。