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  • 為電網裝上“超強大腦”(深聚焦·科技創新高校在行動①)

  • 发布时间:2019-02-10 13:48
  • 4.09K
  •   孫宏斌,1969年生於浙江台州,清華大學電機工程與應用電子技術系教授、博士生導師,國家級教學名師,教育部“長江學者”,享受國務院特殊津貼專家,美國電氣和電子工程師協會(IEEE)會士、英國工程與技術學會(IET)會士、國家杰出青年科學基金獲得者、國家“萬人計劃”科技創新領軍人才。2018年,獲得國家科學技術進步獎一等獎。

      一座座輸電鐵塔聳立天地之間,仿佛一個個鋼鐵巨人,伸出巨手擎起特高壓電網,一路穿山過川,行走在幅員遼闊的中華大地。4000米的海拔落差忽高忽低,零上零下80攝氏度的溫差忽冷忽熱,受制於自然的風電、光電輸入忽強忽弱……這一切讓控制電壓成為一道世界難題。

      改變電壓控制的人工操作,為我國極為龐大而復雜的電網裝上“超強大腦”,清華大學電機工程與應用電子技術系教授孫宏斌和他的團隊做到了!他們披肝瀝膽27年完成的“復雜電網自律—協同自動電壓控制關鍵技術、系統研制與工程應用”項目,讓“自動電壓控制”成為現實。1月8日,他們光榮地站上了國家科學技術進步獎一等獎的領獎台。

      1月23日下午,記者在清華大學西主樓的一層辦公室裡,見到了孫宏斌教授。今年50歲的他眼睛總含著笑,儒雅而又謙和,聽到稱贊,他會不好意思地低下頭。

      我國很長一段時間裡,為了維持系統電壓安全,控制中心調度員要24小時監視全網各節點電壓,一旦發現異常,就逐級撥打電話發出調節指令。可隨著時代發展,這種“笨功夫”不僅耗費大量人力,眼見電網規模日益擴大,也越來越難以執行。

      “尤其是經濟發達、用電量大的地區,電從遠方輸送過來,就像瀑布注入深潭,容易形成電壓‘凹陷區’。這種凹陷區如果遇到突發故障,就像推倒多米諾骨牌,容易引發連鎖的大面積停電事故。”孫宏斌舉例說,不論美加“8·14”大停電,還是希臘大停電、波蘭大停電,背后都有電壓失穩在作祟。

      如何破解這個世界性難題?孫宏斌團隊提出,給電網裝上“超強大腦”——自動電壓控制系統。該系統能夠實時採集電網數據進行分析,利用有效的算法形成全局決策,自動閉環控制無功和電壓調節設備,使電網時刻處於最佳狀態。

      “拿來主義”恐怕行不通。進入21世紀以來,我國全國裝機總容量從2000年的3.2億千瓦一舉躍升到2015年的15.08億千瓦,一年的新增裝機容量就幾乎與英國全國相當,需要蹚出一條前人從未走過的路。

      27年前,還是博士研究生的孫宏斌,就在導師相年德教授、張伯明教授指導下,開始涉足這一領域。團隊決定,採取“自律協同”技術。如同一個“蹺蹺板”,一邊是自律,讓各個電網節點“嚴於律己”﹔一邊是協同,讓各個電網節點“默契配合”。“我們正是踩在自律和協同之間最難的地方,要找到那個微妙的平衡點。”孫宏斌說。

      “主從理論”,這一物理學和數學的完美融合,成為解決復雜電網問題的破題之筆,為自動電壓控制技術的廣泛應用打下堅實理論基礎。

      採訪孫宏斌時,他一再欣喜而驕傲地提起他的團隊,是這支薪火相傳、精誠合作的隊伍,共同取得令人矚目的重大成果。

      吳文傳,清華大學電機系教授、電力系統研究所所長、國家杰出青年科學基金獲得者。他謙虛地這樣解釋自己的工作:“科研本身就是很艱苦的過程,跟農民種地類似,也是播種、耕耘、收獲。”

      郭慶來,清華大學電機系副教授、教育部“青年長江學者”、國家優秀青年科學基金獲得者。僅江蘇電網一個項目,他就在機房裡待了近3年,“幾乎找不著人說話”。但他很知足,因為在其他人還使用仿真數據時,他已經拿到了一手的現場數據。

      王彬,清華大學電機系高級工程師,團隊裡的“拼命三郎”。他一年出差320多天。結婚隻提前一天到家,婚禮結束就趕回外地現場。如今,他深度參與了全國20多家網省公司的自動電壓控制系統研發和工程實施,足跡遍布全國六大區域電網。

      葛懷暢,清華大學電機系博士后。“90后”的他牢記孫老師的叮囑,“一個博士生是否合格,就看他能否在細分領域做到世界范圍最前沿”,他決心把團隊精神傳承下去。

      可懷揣著先進技術,時年31歲的孫宏斌卻吃了“閉門羹”。當時,國內條件不具備,即使上門宣傳“推銷”,有的電網公司“聽不懂”,有的“用不了”。一句話:“不感興趣”。

      失落嗎?孫宏斌認真地告訴記者:“我覺得正常,幾乎所有新技術都要耐得住寂寞。”他想了想,強調道:“這是國家發展需要,必須有人坐‘冷板凳’,也必須有人去做看似當下還用不上的前瞻性研究。”

      除了專業書籍,孫宏斌從小最愛讀的是金庸小說,“反復重溫,喜之不盡”。當讀到郭靖的“俠之大者,為國為民”,這個從小成長於浙江台州的男孩痴了,心潮澎湃,悠然神往,為那份萬丈豪情,更為家國情懷。

      “作為工程學科,就是瞄准國民經濟主戰場,頂天立地做科研。天天琢磨自己的論文在哪兒發表,那不行!”這是導師張伯明教授當年的教導,如今,孫宏斌語重心長地囑咐自己每個。

      “束之高閣”兩年,機會終於來了!2002年,江蘇電網迫切需求自動電壓控制系統,他們找過其他研究機構,可無人“揭榜”,孫宏斌接下了挑戰。

      那一刻,讓孫宏斌至今想來心驚肉跳:江蘇電網調度控制中心機房裡,孫宏斌和團隊成員的神經緊繃到極點。理論和實踐畢竟存在差距,控制中心測出的電壓和實際電壓存在誤差,如果貿然調整,就會因電壓超出合理范圍引發事故。“電的速度非常快,容不得出一點差錯,全局閉環控制后果是什麼?有沒有意料之外的安全隱患?”孫宏斌和團隊成員幾天幾夜不敢合眼,輪班盯著屏幕。

      當親眼看到控制指令輸入電網系統,設備按照預想達到理想效果時,整個機房沸騰了!“那一刻的成就感,這輩子都忘不掉。”郭慶來仍然心潮難平。

      隨著大規模風電發展,需求越來越迫切。“孫老師,您趕緊過來吧!我們這兒警報大作,電壓像皮鞭一樣舞動,風機跟小蘿卜頭似的一個接一個離開電網。”2011年的一個晚上,孫宏斌接起電話,某電網公司調度主任焦急的聲音傳來。而就在兩年前,這位主任還堅信自己的電網“鐵板一塊,那點風電接進來沒問題”。

      這些年,孫宏斌幾乎沒有周末和假期。心臟出了問題,隻肯大年二十九申請住院,隻因這樣不耽誤工作。當年的他在控制系統現場一去不返,女朋友險些以為他失蹤﹔現在的他平均每天工作十二三個小時,手機半年即記錄了1447條工作任務,同事和學生經常收到他深夜一兩點發來的微信和郵件。

      如今,孫宏斌團隊的自動電壓控制系統控制了全國81%的常規水火電機組與55%的風光機組,承擔了已投運的全部17條交直流特高壓線路近區電網電壓控制,在我國電網安全運行、節能減排和大規模可再生能源接納等方面取得巨大的經濟社會效益。

      “中國電網每年損耗電量約4000億千瓦時,相當於損失4座三峽電廠全年發電量。”孫宏斌介紹,通過自動電壓控制系統,不需增加任何設備投入就能顯著降低損耗,僅江蘇,一年就可節電近1億千瓦時。

      1月8日,在人民大會堂接過沉甸甸的“國家科學技術進步獎一等獎”証書,孫宏斌的報喜訊息最早發向的,是他從小到大的老師們。

      自小成長於教師之家的孫宏斌覺得,當老師、當好老師,就是他骨子裡一輩子的價值追求。“光靠一個人不行,隻有一代一代人成長起來,中華民族偉大復興的中國夢才能實現。”

      28歲那年,學校急需補充師資,博士畢業的他毅然放棄出國和下海,留了下來。第一次站上講台,他戰戰兢兢,生怕耽誤了孩子們。困難不是沒有,科研任務繁重,教學剛剛入門,到底該顧哪頭?“張伯明教授送我4個字——‘教字當頭’!”孫宏斌暗下決心,要將教書育人作為第一學術責任。

      “我喜歡講課,一上講台就激動。”孫宏斌說。容納120人的階梯教室裡,孫老師總是喜歡沿著台階走到學生們中去,一節課能走20多個來回。“雖然大汗淋漓,但效果蠻好!”他得意地笑道。

      孩子們不知道,這堂孫老師講授了22年的課,每講2小時,他還要備課6小時。“隻有肚子裡的遠多於講出來的,講課才能生動!”孫宏斌堅信,激發孩子們的動力,比什麼都重要。經過他大刀闊斧的改革,如今,《電力系統分析》獲得國家級教學成果一等獎、被評為“國家精品課”,孫宏斌也被評為“國家級教學名師”。

      這些年,孫宏斌常常做兩個夢:當學生時,常夢到鈴聲響了,考卷沒做完﹔當老師后,常夢到自行車鏈子掉了,講課遲到。“我骨子裡就是教書育人,上課是‘天字一號任務’,魂牽夢縈!”他這樣解釋。

      為了講課這個“天字一號任務”,孫宏斌不管在哪裡出差,隻要第二天有課,都想方設法趕回,不知多少次在深夜和凌晨趕路。2003年,母親病危,彌留之際給他打電話,得知兒子有課,當了一輩子教師的老母親反而安慰他先好好講課。當孫宏斌課后火速趕回老家,母親流著眼淚,已經說不了話了……

      即使是給本科生上的百課,孫宏斌也要抽時間去學生宿舍談心,一堅持就是十幾年。“在我眼中,即使成績排名最后的學生也同樣優秀。”他笑著說起一位博士生的故事,他沉迷網絡,怎麼“拉”回來?孫宏斌決定用激將法,把一項非常重要的科研項目交給他。結果,項目做砸了!“失敗一次沒關系,但我希望,不要因為同樣的原因再次失敗。”孫宏斌耐心引導。這回,這位學生聽進去了,順利畢業不說,工作后還獲得“突出貢獻獎”和“先進工作者”稱號。值嗎?很多人覺得投入太大。孫宏斌卻反問:“項目重要,還是人重要?要允許年輕人失敗,他的歲月還長著呢。”

      如今,在孫宏斌帶領下,一批批的學生也成為了教授、副教授,有的獲得國家技術發明獎,有的獲國家杰出青年科學基金,有的被評為教育部“青年長江學者”,也站上了教書育人的講台。“這就是傳幫帶,我們團隊的傳統。”孫宏斌一臉欣慰和自豪。

      《 人民日報 》( 2019年02月03日 05 版)(責編:袁勃、白宇)人民日報客戶端下載手機人民網推薦閱讀

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