给电网装上“超强大脑”

——访2018年度国家科技进步奖一等奖获得者孙宏斌团队

    1月8日，2018年度国家科学技术奖励揭晓，清华大学教授孙宏斌领衔的“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”项目喜获科学技术进步奖一等奖。从“坐冷板凳”到成果被广泛应用，孙宏斌带领他的团队用20余年构建了“自律协同”的复杂电网AVC（自动电压控制）技术体系，研制出世界上首套复杂电网AVC系统。该系统实现了现代电网电压控制从人工到自动化的跨越，有力保障了我国电网安全和经济运行，并且输出到发达国家。

    电网系统的电压安全是一项世界性难题，电力系统负荷经常发生变化，维持其电压安全稳定需要实时进行调节。以前各国普遍采用人工分散控制的方法解决这一问题，这种方法不仅耗费巨大人力，还不利于从全局角度协调整个电网的安全。

    自动电压控制系统可以给电网装上一个“超强大脑”，让它实时采集电网数据进行分析，利用有效的算法形成决策进行协调控制，使电网时刻处于最佳状态。随着电网日益复杂，这项技术成了越来越迫切的需求。

    1995年，还在读博士的孙宏斌在导师相年德教授与张伯明教授指导下，开始了在这一领域孜孜不倦的求索。

    在复杂电力系统中实现系统级的自动电压控制是一个重大难题。“为了应对这种复杂性，我们采取了‘自律协同’的技术路线。”孙宏斌将这种技术路线描述为一个“跷跷板”：一边是自律，一边是协同，通过自律使控制简化、可靠、敏捷，通过协同保证目标一致、全局最优，而他们要解决的就是如何在自律与协同之间找到那个微妙的平衡点。

    如何把复杂问题简化？孙宏斌巧妙地利用物理学知识，提出了主从分裂理论。一边是物理，一边是数学，二者的完美融合成了解决复杂电网问题的破题之笔，为AVC技术广泛应用打下了坚实的理论基础。

    起初，国内并不具备将这项理论付诸实践的相关条件，孙宏斌的研究成果有很长时间被“束之高阁”。直到2002年，对自动电压控制系统需求迫切的江苏电网找到了孙宏斌，希望开展合作。

    理论研究和工程实践的差距起初给了孙宏斌团队不小的挑战。“电网容不得出一点差错，我们第一次实地进行闭环控制时晚上都不敢睡，轮班盯着屏幕。”孙宏斌回想起在江苏电网进行试验时的情景说。

    试验在团队共同努力下进行得很成功，孙宏斌团队备受鼓舞的同时没有停歇，马不停蹄地开始根据发现的问题对系统不断进行改进和升级，越来越多的国内各级电网甚至美国的电网公司都开始应用他们研发的系统。

    每接手一个新项目，孙宏斌和团队都会面临新的问题，进而产生新的发现和思考。“到了现场之后，你会发现原来的假设或认为不存在问题的东西，反而可能最有挑战，可能就是下一步创新的源头。”孙宏斌说。

    孙宏斌和团队的研究成果产生了巨大的经济和社会效益，显著降低了电网输送过程中的损耗。据统计，仅江苏电网应用他们研制的控制系统后，一年就可减少近1亿度电损耗，每年节省开支近5000万元。“中国电网目前每年大约损耗3600亿度电，相当于多消耗了1.5亿吨煤。”孙宏斌说，“而我们的自动电压控制系统，不需要增加任何设备投入就能显著降低损耗，产生‘四两拨千斤’的效果。”

    “通过自动控制技术更好地驾驭日益复杂的电网，是我们20年来一以贯之的研究目标。”孙宏斌说，“电网中出现的新挑战就是我们的新使命。我的导师张伯明教授当年经常教导我，搞工程学科要‘面向国民经济主战场，顶天立地做科研’。我现在也时刻提醒团队中的年轻人，希望让这样的价值观一代代接力传承下去。”