為電網裝上「超強大腦」

2020-12-25 新華網客戶端

  人物小傳

  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、國家傑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,為我國極為龐大而複雜的電網裝上「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「複雜電網自律—協同自動電壓控制關鍵技術、系統研製與工程應用」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臺。

  攻堅,二十七年磨一劍

  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,聽到稱讚,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,背後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。

  「主從分裂理論」,這一物理學和數學的完美融合,成為解決複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、國家傑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、收穫。」

  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。結婚只提前一天到家,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後。「90後」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範圍最前沿」,他決心把團隊精神傳承下去。

  豪情,頂天立地做科研

  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,「反覆重溫,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,就是瞄準國民經濟主戰場,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弟子。

  「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範圍引發事故。「電的速度非常快,容不得出一點差錯,全局閉環控制後果是什麼?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,風機跟小蘿蔔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,只肯大年二十九申請住院,只因這樣不耽誤工作。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。

  育人,「教字當頭」記心間

  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」證書,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,只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。第一次站上講臺,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,一上講臺就激動。」孫宏斌說。容納120人的階梯教室裡,孫老師總是喜歡沿著臺階走到學生們中去,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。「只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;當老師後,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,只要第二天有課,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。當孫宏斌課後火速趕回老家,母親流著眼淚,已經說不了話了……

  即使是給本科生上的百人大課,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,即使成績排名最後的學生也同樣優秀。」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!「失敗一次沒關係,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,工作後還獲得「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,有的獲國家傑出青年科學基金,有的被評為教育部「青年長江學者」,也站上了教書育人的講臺。「這就是傳幫帶,我們團隊的傳統。」孫宏斌一臉欣慰和自豪。

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