张钢

博士、教授、北京市轨道交通电气工程技术研究中心 副主任

基本信息

办公电话： 电子邮件： gzhang@bjtu.edu.cn
通讯地址：电气楼211 邮编：100044

教育背景

2010.10至 2012.10 清华大学电机系，博士后
2005.09至 2010.07 北京交通大学电气工程学院，博士
2001.09至 2005.07 北京交通大学电气工程及自动化，本科

工作经历

2024.01至今  北京交通大学，教授、博士生导师

2018.12至 2023.12 北京交通大学，副教授、博士生导师

2017.09至 2018.09 英国伯明翰大学，访问学者

2012.10至 2018.11 北京交通大学，讲师、硕士生导师


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研究方向

  • 电力电子与电力传动
  • 电气工程
  • 轨道交通供电与牵引技术
  • 智能电网与新型电气装备

招生专业

  • 电气工程硕士
  • 电气工程博士

科研项目

主持及参与科研项目：

  1. 十四五重点研发计划项目“交通载运装备数字化与孪生系统”子任务，2023-2026，主持；
  2. 北京市自然科学基金“城轨车网一体化高保真建模及极端情况供电能力评估技术研究”，2023-2026，主持；
  3. 自然科学横向项目“轨道交通数字孪生建模与控制”，2024-2026，主持；
  4. 自然科学横向项目“地铁车辆关键部件性能评估及状态监测关键技术研究”，2022-2024，参与；
  5. 自然科学横向项目“城轨供电系统PHM技术咨询”，2023-2024，参与；
  6. 自然科学横向项目“地铁供电潮流计算的仿真模块开发”，2022-2024，主持；
  7. 红果园项目“长距离分布式微电网仿真技术研究”，2022-2023，参与；
  8. 自然科学横向项目“城轨接触网数据接口单元开发”，2023-2024，主持；
  9. 红果园项目“大功率发电机控制器测控技术研究”，2022-2024，参与；
  10. 自然科学横向项目“基于全寿命周期的混合动力动车组能量管理关键技术研究项目”，2023-2025，参与
  11. 自然科学横向项目“宁波轨道交通5号线一期牵引供电系统能耗分析”，2023-2024，主持；
  12. 自然科学横向项目“接触轨融冰除雪车控制系统开发”，2022-2023，主持；
  13. 科工局项目“大功率传动系统状态识别与控制技术研究”，2023-2025，参与；
  14. 自然科学横向项目“地铁车辆用熔断器、断路器寿命预测研究”，2022-2023，主持；
  15. 自然科学横向项目“智能驱动控制核心算法研究项目健康管理算法研发”，2022-2023，参与；
  16. 自然科学横向项目“地铁变压器健康状态评估及故障预警技术研究与应用”，2022-2023，主持；
  17. 自然科学横向项目“北京地铁“智慧供电”顶层方案设计研究”，2021-2022，主持；
  18. 自然科学横向项目“动车组牵引系统多功能控制策略研究”，2021-2025，参与；
  19. 自然科学横向项目“城市轨道交通供电设备PHM深化及智能运维架构研究“，2021-2023，参与；
  20. 自然科学横向项目“城市轨道交通供电系统智能运维系统”，参与；
  21. 北京市科委项目“城市轨道交通接触网新型智能融冰技术研究”，主持；
  22. 国家“十三五”重点研发计划任务“高速列车动力系统的节能优化技术研究”，主持；
  23. 国家“十二五”科技支撑项目“轨道交通列车节能关键技术及工程应用示范”，主持；
  24. 北京交通校基金项目“3MW以上能量回馈装置关键技术研究” ，主持；
  25. 科技部重点研发计划项目“高速列车动力系统的节能优化技术研究”，主持；
  26. 北京市教委重大项目“城市轨道交通能馈式供电与牵引传动装备研制及工程应用示范”，参与；
  27. 北京市科委重大科技项目“双向能量控制城市轨道交通牵引供电系统研制”，主持；
  28. 国家“十二五”科技支撑计划项目“新能源牵引传动及辅助供电技术—牵引传动及辅助电源技术研究”，参与；
  29. 十一五”国家科技支撑计划重点项目“城市轨道交通能馈式牵引供电系统及传动系统研制”，参与；
  30. 十一五”国家科技支撑计划重点项目“新型直线电机运输系统关键技术及装备研制”，参与；
  31. 十一五”国家科技支撑计划重点项目“100%低地板车研制”，参与；
  32. 横向合作项目“1.5MW电磁耦合调速风力发电机系统研究”，参与；
  33. 北京市科委项目“电网友好型5MW风电机组关键技术研究”，参与；
  34. 国际合作项目“SIMATIC Technology Based Innovative Control Strategy for Wind Turbine Central Control System”，参与；
  35. 自然科学基金重点项目“高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制” ，参与；
  36. 国家科技支撑计划项目“城市轨道交通运输组织、控制及保障一体化关键技术与系统研制”，参与；
  37. 国家“863”计划项目“城市轨道列车在途监测与安全预警关键技术”，参与；
  38. 基本科研业务费“3MW以上能量回馈装置关键技术研究”，主持；
  39. 自然科学横向项目“高速铁路列车网侧变流系统安全控制”，参与；
  40. 北京市交通委项目“节能型城市轨道交通牵引供电装置应用示范”，主持；


代表性研究成果：

成果1：城市轨道交通能馈式牵引供电关键技术及装备（多功能复合型牵引供电系统）
长期致力于城市轨道交通牵引供电系统的节能关键技术及装备研发工作。历经十余年的不懈努力，率领课题组成功突破轨道交通用大功率变流器关键核心技术。2010年，成功研发我国首套2MW能馈式牵引供电装置（列车再生制动能量回馈）。2015年，成功研发我国首套4MW能馈式牵引供电装置，实现技术水平的进一步提升。2018年，最新一代6MW能馈式牵引供电装置研发成功，并完成型式试验。在此基础上，构建了集牵引供电、再生制动能量回馈、功率因数补偿、接触网融冰等功能于一体的多功能复合型牵引供电系统。相关装备在北京、深圳、天津、成都、郑州、贵阳、佛山、呼和浩特等多个城市的20多条地铁线路推广应用。该成果先后通过北京市经信委、电工技术学会、中国城市轨道交通协会的科技成果评价，处于国际领先水平，国际首创。先后荣获北京市技术发明奖、广西自治区科技进步奖。

成果2：混合动力动车组四象限变流技术及装备
承担我国首列混合动力动车组网侧四象限变流器的研发工作。带领课题组，历经多年技术攻关，实现关键技术突破，成功研制我国首列混合动力动车组用网侧四象限变流器；完全自主研发的四象限变流器在长春客车厂完成装车调试，同时顺利通过了30万公里的实际线路运行考核。经过专家评审，两列混合动力动车组各项性能指标先进，获得国家铁路总公司颁发的型号许可。混合动力动车组可实现接触网、动力电池、柴油发动机等多种动力之间的自由切换，满足电气化与非电气化特殊线路之间的跨线运营要求，属于一种新型多动力动车组。该技术装备成功填补了国内空白，相关技术达到国际先进水平，具有广阔的推广应用前景。

成果3：高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制
主要负责极端供电条件及系统谐波对高速铁路电力牵引系统的安全性影响机理及控制方法研究。通过理论分析、数学建模、仿真试验等技术手段，研究了高速铁路牵引供电系统网压短时中断、网压畸变、系统谐波、以及分相过电压过电流等极端情况对列车牵引系统安全运行的影响作用机理，并从列车牵引系统控制的角度，提出了针对性的解决和抑制措施。相关研究成果在我国首列混合动力动车组上得到实际应用。


成果4: 2MW超级电容储能系统

带领课题组，完成2MW超级电容储能系统关键技术研究、方案设计以及装备研制。顺利通过第三方权威机构的型式试验，各项性能指标先进，具有广阔应用前景。


成果5：大容量飞轮储能系统

突破高速永磁同步电机控制、多飞轮协同控制等核心技术，成功研发单体333kW，整机功率达1MW的飞轮储能系统，顺利通过第三方权威机构的型式试验。


成果6：断路器智能故障诊断技术

成功研发一套断路器智能故障诊断系统，采集断路器的振动信号，借助信息熵理论和多层感知诊断算法MLP，实现对断路器运行健康状态的评估及故障预警。


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教学工作

本科生课程《C语言程序设计》

本科生课程《传感与检测技术》

本科生课程《电力电子仿真实践》

本科生课程《模拟电路实验》

研究生课程《电力电子电路与系统》——中英文



论文/期刊

  1. YU H, ZHANG G, WANG R, et al. A Real-Time Adaptive Energy Optimization Method for Urban Rail Flexible Traction Power Supply System[J/OL]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2023: 1-10. http://dx.doi.org/10.1109/tits.2023.3271129. DOI:10.1109/tits.2023.3271129.（SCI: An1 top, IF=8.5）

  2. H. Yu, G. Zhang, R. Wang, J. Yang, W. Xiong and W. Wei. An Online Energy Optimization Method for Urban Rail Flexible Traction Power Supply System Based on Spatiotemporal Matching of Train Power[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2024, doi: 10.1109/ TTE.2024.3364232.  (SCI: An1 top, IF=7.0）

  3. H. Yu, G. Zhang, Y. Wang, W. Xiong and R. Wang. Power flow modelling and loss analysis of urban rail traction power supply system considering cross-bonding cables[J]. Electric Power Systems Research, 2024, doi: 10.1016/j.epsr.2024.110282. (SCI: An3, IF=3.9）

  4. R. Wang, G. Zhang, M. Gao, H. Yu and R. Qiu. Parameter Identification and Load Prediction of Train Models for Power Flow Dynamic Deduction in Urban Rail Traction Power Supply Systems[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2024, doi: 10.1109/TTE.2023. 3349317. (SCI: An1 top, IF=7.0)

  5. J. Yang, G. Zhang, B. Chen and Y. Wang, "Vibration Signal Augmentation Method for Fault Diagnosis of Low-Voltage Circuit Breaker Based on W-CGAN," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 72, 2023, doi: 10.1109/TIM.2023.3240228. 

  6. Yang J , Zhang G , Liu Y ,et al. A method for calculating hot-spot temperature of traction transformer based on multi-physical model and combined neural network. in IEEE Transactions on Transportation Electrification. DOI:10.1109/TTE.2023.3339133. 

  7. Y. Wang, G. Zhang, R. Chen, Z. Liu and R. Qiu, "Analysis of digital twin application of urban rail power supply system for energy saving," 2021 IEEE 1st International Conference on Digital Twins and Parallel Intelligence (DTPI), 2021, pp. 29-32, doi: 10.1109/DTPI52967.2021.9540127.
  8. Chen, L., Yu, Y., Gong, Z., Tang, G., Wang, Y., Zhang, G. Multi-scale Modeling and Simulation Method of Urban Rail Traction Power Supply System for Digital Twin. EITRT 2021. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 864. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-16-9905-4_75
  9. 张钢,王运达,刘志刚,于泓,邱瑞昌.城轨牵引供电系统多尺度和多物理域建模仿真方法[J].电工技术学报,2022,37(12):3097-3107.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210883.
  10. 李进,张钢*,刘志刚,王勇.城轨交通用飞轮储能阵列控制策略[J].电工技术学报,2021,36(23):4885-4895.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210419.
  11. Y. Wang, G. Zhang, Z. Tian, R. Qiu and Z. Liu, "An Online Thermal Deicing Method for Urban Rail Transit Catenary," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 7, no. 2, pp. 870-882, June 2021.
  12.  Y. Wang, G. Zhang*, R. Qiu, Z. Liu and N. Yao, "Distribution Correction Model of Urban Rail Return System Considering Rail Skin Effect," in IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 7, no. 2, pp. 883-891, June 2021.
  13. 王运达,张钢*,于泓,邱瑞昌,刘志刚.基于数字孪生的城轨供电系统高保真建模方法[J].高电压技术,2021,47(05):1576-1583.
  14. 王运达,张钢*,邱瑞昌,刘志刚,徐起阳.城市轨道交通接触网在线融冰方法[J].高电压技术,2022,48(05):1970-1978.DOI:10.13336/j.1003-6520.hve.20201442
  15. 张钢,郝峰杰,王运达,龙赤宇,李梦和.城轨柔性牵引供电系统及优化控制研究[J].电工技术学报,2022,37(S1):153-162.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L90518 
  16.  F. Hao, G. Zhang, J. Chen, Z. Liu, D. Xu and Y. Wang, "Optimal Voltage Regulation and Power Sharing in Traction Power Systems with Reversible Converters," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 35, no. 4, pp. 2726-2735, July 2020. ( IF=6.807)
  17.  F. Hao, G. Zhang, J. Chen and Z. Liu, "Distributed Reactive Power Compensation Method in DC Traction Power Systems With Reversible Substations," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 70, no. 10, pp. 9935-9944, Oct. 2021, doi: 10.1109/TVT.2021.3108030 
  18. G. Zhang, Z. Tian, P. Tricoli, S. Hillmansen, Y. Wang, Z. Liu, "Inverter operating characteristics optimization for DC traction power supply systems", IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 68, no. 4, pp. 3400-3410, Apr. 2019.
  19. G. Zhang, Z. Tian, P. Tricoli, S. Hillmansen, Z. Liu, "A new hybrid simulation integrating transient-state and steady-state models for the analysis of reversible DC traction power systems", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 109, pp. 9-19, 2019.
  20. G. Zhang, Z. Tian, H. Du, and Z. Liu, “A Novel Hybrid DC Traction Power Supply System Integrating PV and Reversible Converters,” Energies, vol. 11, no. 7, p. 1661, Jun. 2018. –SCIE, An3
  21. G. Zhang, J. Qian, and X. Zhang, “Application of a High-Power Reversible Converter in a Hybrid Traction Power Supply System,” Applied Sciences, vol. 7, no. 3, p. 282, Mar. 2017. –SCIE, An4
  22. 张钢,刘志刚,魏路,牟富强, "新一代智慧型牵引供电系统关键技术与应用示范," 都市快轨交通,2018, 31, pp. 136-142.
  23. 张钢,刘志刚,牟富强, "双向变流器在城轨牵引供电系统中的应用," 都市快轨交通, 2014,27, pp. 109-112.
  24. 张钢, "城市轨道交通能馈式牵引供电技术研究," 电气时代, 2014, pp.48-50
  25. 丁树奎,韩志伟,张钢,刘志刚. 能馈式牵引供电原理及其在城市轨道交通中的应用, 北京交通大学出版社，2014. –学术专著
  26. 陈杰，刘志刚，张钢等，高速铁路电力牵引系统安全性预测与控制，中国铁道出版社有限公司，2020. –学术专著
  27. 张钢,董侃,刁利军,刘志刚. “大功率牵引逆变器的中频区调制算法对比研究”, 电工技术学报,2016,31(S2):1-9.
  28. 张馨予,张钢,钱江林,刘志刚.具有低次谐波抑制能力的PIR控制器设计[J].电工技术学报,2016,31(S2):19-27.DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.2016.s2.003
  29. 阮白水,张钢, 蒋李晨昕,刘志刚. “动车组网侧变流器改进型dq解耦控制方法研究”, 铁道学报, 2015, 37, pp. 25-30
  30. 郭尝君,张钢(通信作者),郝峰杰,刘志刚. “动车组网压中断快速检测及应对策略研究”, 第八届电工技术前言问题学术论坛，2018,8 –EI, An5
  31. 张馨予,张钢,刁利军,钱江林,刘志刚.基于周期控制的载波移相策略研究[J].铁道学报,2019,41(06):61-67.
  32. 阮白水,张钢(通信作者),杨帆等. “Research on Harmonic Suppression of High-speed Railway Traction Power Supply System Based on A LC Filter Branch”, EITRT2013, 2014,2



专著/译著

1.《能馈式牵引供电原理及其在城市轨道交通中的应用》 北京交通大学出版社

2.《高速铁路电力牵引系统安全性预测与控制》 中国铁道出版社

专利

序号 申请号 专利名称 类型
1 2024101870956
 一种熔断器剩余寿命评估方法及系统
 发明专利
2 2023114120262
 一种基于改进AlexNet的干式变压器红外图像故障诊断方法
 发明专利
3 2023113935779
 一种基于高阶奇异值分解的牵引变压器的温度场计算方法
 发明专利
4 2023101427959 一种数据驱动的列车牵引传动系统效率的计算方法 发明专利
5 2022116398738
 城轨牵引供电系统潮流计算与损耗分析方法及系统
 发明专利
6 2020108472294
 储能系统的控制系统、方法及储能系统
 发明专利
7 2021110060526 一种城轨供电系统数字孪生的多尺度仿真设计方法 发明专利
8 2021110041173 一种城轨供电系统数字孪生的多物理域仿真设计方法 发明专利
9 2021107295314 一种基于振动信号特征熵融合的断路器故障诊断方法 发明专利
10 2021107291169 一种基于电气量的列车定位方法 发明专利
11 202110171399X 城轨供电系统数字孪生用数据特征提取及数据压缩方法和装置 发明专利
12 2021101671126 城轨供电系统的数字孪生仿真的数据计算方法、系统 发明专利
13 2020110467699 对钢轨回流进行杂散电流和轨道电位特性分析的方法 发明专利
14 2020110390517 一种多功能的轨道交通直流在线融冰系统及方法 发明专利
15 2020110390540 轨道交通交流在线融冰系统及方法 发明专利
16 2020110331631 一种列车定位方法 发明专利
17 2020110254457 一种考虑趋肤效应影响的钢轨等效电阻计算方法 发明专利
18 2020107386003 绝缘故障诊断方法、装置、设备及计算机可读存储介质 发明专利
19 2019108464191 一种列车动力系统在线能耗检测与预测装置及方法 发明专利
20 2018115592378 牵引变流器故障分析方法及装置 发明专利
21 2018115592382 牵引变流器使用寿命预测方法及装置 发明专利
22 2018110484589 一种四象限变流器控制器及网压中断判断的方法 发明专利
23 2018110296518 一种带锁相环的动车组牵引传动系统及网压中断判别方法 发明专利
24 2018110080481 一种城市轨道交通的动模仿真系统及控制方法 发明专利
25 2021107295206 一种控制电源系统的故障预警方法 发明专利
26 2021101593714 一种基于数字孪生技术的钢轨电位限制方法和装置 发明专利
27 2020107385903 能馈供电装置的故障诊断方法、装置及存储介质 发明专利
28 2019110516546 三相全控整流系统直流电容剩余寿命监测方法 发明专利
29 2019110509557 全控交直交变流系统直流双支撑电容剩余寿命监测方法 发明专利
30 2019106416009 一种散热器散热状态快速检测方法及装置 发明专利
31 2019101753769 城市轨道交通牵引供电系统及车-网配合参数优化方法 发明专利
32 2018110081997 一种有源滤波器及消除列车直流母线二次谐振的方法 发明专利
33 2017105361940 基于扩展z变换的电流预测方法及装置 发明专利
34 2017105361936 四象限变流器的电流采样电路及方法 发明专利
35 2016105198323 载波移相方法和系统 发明专利
36 2016104430510 一种动车组网侧变流器的网压中断检测及控制方法 发明专利
37 2016103802319 一种混合动力动车组牵引变流器过分相控制策略 发明专利
38 2014101508088 一种列车动力系统在线监控故障诊断的系统及其方法 发明专利
39 2013104098964 基于谐振控制策略的能馈式牵引供电装置 发明专利
40 2013104098080 具有低谐波高输出功率的能馈式牵引供电装置及控制方法 发明专利
41 2012102532598 基于串联补偿变压器的能馈式牵引供电装置 发明专利
42 2011103623566 列车牵引控制系统 发明专利
43 2009102368549 基于CANopen协议的轨道交通车辆级网络调度方法 发明专利
44 2008101151639 大功率模块化直流供电装置及其控制方法 发明专利
45 2008101045875 100%低地板车独立轮牵引传动系统与控制方法 发明专利
46 2008101039342 一种模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法 发明专利
47 2008101036787 一种混合式牵引供电装置及控制方法 发明专利
48 2008101035290 一种基于PWM整流器的牵引供电装置及控制方法 发明专利
49 2008101030583 一种车辆辅助变流器 发明专利



软件著作权

1. 虚拟示波器软件V1.0 ，2012SR109822 

2. 中压能馈型再生制动电能利用装置监控系统，2015R11L034975


获奖与荣誉

2024年，获北京轨道交通学会杰出青年人才奖；

2022年，获中国产学研合作创新成果奖；

2021年，获广西自治区科技进步二等奖；

2020年，获中国电工技术学会一等奖；

2020年，获北京市技术发明二等奖；

2020年，荣获教学基本功比赛二等奖；

2017年，获“北京市科技新星”提名；

2015年，获评“电气支柱”荣誉称号；

2014年，荣获教学基本功比赛二等奖；

2013年，获评“电气支柱”荣誉称号；


社会兼职

北京市轨道交通电气工程技术研究中心 副主任；
北京电工技术学会学术专委员会 委员；
中国电工技术学会轨道交通电气设备技术专业委员会 委员；
北京电力电子学会青年工作委员会 委员；
IEEE transaction on PE，VT 等SCI期刊 审稿人；
中国电机工程学报、电工技术学报等期刊 审稿人；
英国工程技术学会IET 会员；

联系方式

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欢迎你的加入！！！


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张 钢  教授
北京交通大学电气学院  博士生导师
北京市轨道交通电气工程技术研究中心  副主任
清华大学 博士后
地址：北京市海淀区北京交通大学电气楼211室
邮编：100044
手机：18510174678  
微信：zhanggang1227
邮箱：gzhang@bjtu.edu.cn