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清华大学孙宏斌教授团队 为电网装上“超强大脑”
发布时间:2019-08-15  信息发布人:管理员  

清华大学孙宏斌教授团队 为电网装上“超强大脑”

  孙宏斌在工作中。苑 洁摄 

清华大学孙宏斌教授团队 为电网装上“超强大脑”

位于福建省莆田市平海湾的风力发电场。新华社记者 张国俊摄 

  孙宏斌,1969年生于浙江台州,清华大学电机工程与应用电子技术系教授、博士生导师,国家级教学名师,教育部“长江学者”,享受国务院特殊津贴专家,美国电气和电子工程师协会(IEEE)会士、英国工程与技术学会(IET)会士、国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才。2018年,获得国家科学技术进步奖一等奖。

  一座座输电铁塔耸立天地之间,仿佛一个个钢铁巨人,伸出巨手擎起特高压电网,一路穿山过川,行走在幅员辽阔的中华大地。4000米的海拔落差忽高忽低,零上零下80摄氏度的温差忽冷忽热,受制于自然的风电、光电输入忽强忽弱……这一切让控制电压成为一道世界难题。

  改变电压控制的人工操作,为我国极为庞大而复杂的电网装上“超强大脑”,清华大学电机工程与应用电子技术系教授孙宏斌和他的团队做到了!他们披肝沥胆27年完成的“复杂电网自律—协同自动电压控制关键技术、系统研制与工程应用”项目,让“自动电压控制”成为现实。1月8日,他们光荣地站上了国家科学技术进步奖一等奖的领奖台。

  攻坚,二十七年磨一剑 

  1月23日下午,记者在清华大学西主楼的一层办公室里,见到了孙宏斌教授。今年50岁的他眼睛总含着笑,儒雅而又谦和,听到称赞,他会不好意思地低下头。

  我国很长一段时间里,为了维持系统电压安全,控制中心调度员要24小时监视全网各节点电压,一旦发现异常,就逐级拨打电话发出调节指令。可随着时代发展,这种“笨功夫”不仅耗费大量人力,眼见电网规模日益扩大,也越来越难以执行。

  “尤其是经济发达、用电量大的地区,电从远方输送过来,就像瀑布注入深潭,容易形成电压‘凹陷区’。这种凹陷区如果遇到突发故障,就像推倒多米诺骨牌,容易引发连锁的大面积停电事故。”孙宏斌举例说,不论美加“8·14”大停电,还是希腊大停电、波兰大停电,背后都有电压失稳在作祟。

  如何破解这个世界性难题?孙宏斌团队提出,给电网装上“超强大脑”——自动电压控制系统。该系统能够实时采集电网数据进行分析,利用有效的算法形成全局决策,自动闭环控制无功和电压调节设备,使电网时刻处于最佳状态。

  “拿来主义”恐怕行不通。进入21世纪以来,我国全国装机总容量从2000年的3.2亿千瓦一举跃升到2015年的15.08亿千瓦,一年的新增装机容量就几乎与英国全国相当,需要蹚出一条前人从未走过的路。

  27年前,还是博士研究生的孙宏斌,就在导师相年德教授、张伯明教授指导下,开始涉足这一领域。团队决定,采取“自律协同”技术。如同一个“跷跷板”,一边是自律,让各个电网节点“严于律己”;一边是协同,让各个电网节点“默契配合”。“我们正是踩在自律和协同之间最难的地方,要找到那个微妙的平衡点。”孙宏斌说。

  “主从分裂理论”,这一物理学和数学的完美融合,成为解决复杂电网问题的破题之笔,为自动电压控制技术的广泛应用打下坚实理论基础。

  采访孙宏斌时,他一再欣喜而骄傲地提起他的团队,是这支薪火相传、精诚合作的队伍,共同取得令人瞩目的重大成果。

  吴文传,清华大学电机系教授、电力系统研究所所长、国家杰出青年科学基金获得者。他谦虚地这样解释自己的工作:“科研本身就是很艰苦的过程,跟农民种地类似,也是播种、耕耘、收获。”

  郭庆来,清华大学电机系副教授、教育部“青年长江学者”、国家优秀青年科学基金获得者。仅江苏电网一个项目,他就在机房里待了近3年,“几乎找不着人说话”。但他很知足,因为在其他人还使用仿真数据时,他已经拿到了一手的现场数据。

  王彬,清华大学电机系高级工程师,团队里的“拼命三郎”。他一年出差320多天。结婚只提前一天到家,婚礼结束就赶回外地现场。如今,他深度参与了全国20多家网省公司的自动电压控制系统研发和工程实施,足迹遍布全国六大区域电网。

  葛怀畅,清华大学电机系博士后。“90后”的他牢记孙老师的叮嘱,“一个博士生是否合格,就看他能否在细分领域做到世界范围最前沿”,他决心把团队精神传承下去。

  豪情,顶天立地做科研 

  可怀揣着先进技术,时年31岁的孙宏斌却吃了“闭门羹”。当时,国内条件不具备,即使上门宣传“推销”,有的电网公司“听不懂”,有的“用不了”。一句话:“不感兴趣”。

  失落吗?孙宏斌认真地告诉记者:“我觉得正常,几乎所有新技术都要耐得住寂寞。”他想了想,强调道:“这是国家发展需要,必须有人坐‘冷板凳’,也必须有人去做看似当下还用不上的前瞻性研究。”

  除了专业书籍,孙宏斌从小最爱读的是金庸小说,“反复重温,喜之不尽”。当读到郭靖的“侠之大者,为国为民”,这个从小成长于浙江台州的男孩痴了,心潮澎湃,悠然神往,为那份万丈豪情,更为家国情怀。

  “作为工程学科,就是瞄准国民经济主战场,顶天立地做科研。天天琢磨自己的论文在哪儿发表,那不行!”这是导师张伯明教授当年的教导,如今,孙宏斌语重心长地嘱咐自己每个弟子。

  “束之高阁”两年,机会终于来了!2002年,江苏电网迫切需求自动电压控制系统,他们找过其他研究机构,可无人“揭榜”,孙宏斌接下了挑战。

  那一刻,让孙宏斌至今想来心惊肉跳:江苏电网调度控制中心机房里,孙宏斌和团队成员的神经紧绷到极点。理论和实践毕竟存在差距,控制中心测出的电压和实际电压存在误差,如果贸然调整,就会因电压超出合理范围引发事故。“电的速度非常快,容不得出一点差错,全局闭环控制后果是什么?有没有意料之外的安全隐患?”孙宏斌和团队成员几天几夜不敢合眼,轮班盯着屏幕。

  当亲眼看到控制指令输入电网系统,设备按照预想达到理想效果时,整个机房沸腾了!“那一刻的成就感,这辈子都忘不掉。”郭庆来仍然心潮难平。

  随着大规模风电发展,需求越来越迫切。“孙老师,您赶紧过来吧!我们这儿警报大作,电压像皮鞭一样舞动,风机跟小萝卜头似的一个接一个离开电网。”2011年的一个晚上,孙宏斌接起电话,某电网公司调度主任焦急的声音传来。而就在两年前,这位主任还坚信自己的电网“铁板一块,那点风电接进来没问题”。