上期内容：新中国培养的第一个工学女博士——倪以信教授
重磅消息
年12月26日，由教育部科学技术委员会组织评选的年度“中国高等学校十大科技进展”经过形式审查、学部初评、项目终审评选专项工作等流程后在京揭晓。清华大学孙宏斌教授团队的研究成果“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”入选年度“中国高等学校十大科技进展”（以下简称“十大科技进展”）。
“十大科技进展”评选十分严格，对原创性、突破性、基础性、重要性要求非常高，历年入选成果几乎被生命、医学、材料、地学、化学、信息等基础学科、新兴学科所垄断，电力、机械、动力、热能、电工、土木等传统学科很难入选。因此，此次电气领域的科研成果入选“中国高等学校十大科技进展”，具有里程碑式的意义。
1.是电气专家入选了？
是的，你没有听错，的确是电气领域的专家和电气领域的成果入选了。电气领域科研成果荣登“十大科技进展”表明：能源电力等重大工程技术不只是关乎国计民生，更是具有生命力、创造力的快速发展中的技术学科，所谓的“夕阳学科”其实还有很多亟待解决的关键技术问题。用孙宏斌教授的说法就是“作为工程学科，面向国民经济主战场，顶天立地做科研。”
知道你等不及了，咱们就先来领略一下孙宏斌教授的专家风采吧。
孙宏斌，清华大学教授，教务处副处长，能源互联网香山科学会议发起人和执行主席，中国能源互联网创新联盟执行理事长。国家级教学名师，IETFellow，长江学者特聘教授，杰出青年科学基金获得者，百千万人才工程入选者，国家有突出贡献中青年专家，国务院特殊津贴专家，科技部中青年科技领军人才，中组部万人计划科技领军人才。世界工程组织联合会（WFEO）能源委员会副主席，WFEO能源委员会能源互联网工作组主席，IEEE智能电网电压控制工作组主席。国际顶级期刊IEEETransonSmartGrid、AppliedEnergy、国际著名期刊IETRPG、IETGTD等编委。多年来一直从事能源互联网与智能电网技术领域的科研与教学，发表学术论文余篇，合著3本，授权中国发明专利80余项、欧美专利3项，曾获国家技术发明奖二等奖1项，中国高校十大科技进展1项，获省部级科技一等奖4项、二等奖9项。主持研发的复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统已在我国28个省级以上电网应用，控制了全国水/火电总装机的56%和全国风/光电总装机的37%，并在突破美国长达三年的严酷信息安全检查和壁垒后，将技术输出到北美最大区域电网PJM，用于控制包括美国首都在内的东部13个州的电压，占全美总用电1/6，是我国电网控制系统输出美国的首例，也是北美首个AVC，取得了巨大的社会经济效益，在国内外产生了重大影响，美国能源部顾问、工程院院士Prof.Bose认为该成果“使中国在电压控制领域遥遥领先于世界”。
2.这项成果到底是什么？
电的质量如何，关键之一在电压质量。对电网而言，负荷经常变化，故障不可避免，要维持系统电压稳定，就需要进行实时调节。尤其是在大范围的复杂电网中，一处电压的骤变甚至会引发多米诺骨牌效应，引发大面积停电事故。
以前各国采取的都是依靠人工分散控制的方法，在各级电网的控制中心和发电厂、变电站等地方，都有24小时值班的调度操作人员，他们时刻盯着电网电压的情况，一旦发现问题就逐级拨打电话，要求相应单位进行调整。这种方式不仅耗费巨大的人力，依赖于调度人员的经验，而且常常在实际操作中出现运行人员只局限于本地信息，不能从有利于整个电网全局的角度做出有效的协调。尤其是在经济发达、用电量大的地区，电从远方输送过来，就像瀑布注入深潭一样，容易形成电压的凹陷区。这种凹陷区非常容易发生连锁反应，就像推倒多米诺骨牌一样，引发大面积停电事故。国际上的美加大停电、希腊大停电等事故，都反映出电网的电压安全是世界性难题。
通过实时采集电网数据进行分析，利用有效算法形成决策，对电网中的各类无功电压控制设备进行协调控制，使整个电网时刻处于最佳的电压状态，就能保障电网运行的安全和经济。实现这一目标的方法就是自动电压控制系统（即AVC系统），它与自动发电控制系统（即AGC系统）共同构成了现代电网系统级自动控制的两大核心。
但在复杂电网中实现系统级的自动电压控制是一个重大难题，因为：1、控制对象复杂，尤其近年来大规模间歇式可再生能源集中并入到了原本就非常复杂的特大电网中，进一步引发了新问题；2、控制模式复杂，我国的互联大电网是由空间上分布的多级控制中心共同调度的，电网互联而控制分布，如何协调是难题；3、数学问题复杂，这是一个含大规模复杂约束和变量的非线性非凸优化问题，本身求解起来就有难度。
为了解决这一难题，孙教授团队采取了“自律+协同”的技术路线。孙教授介绍说：“控制对象复杂，我们就根据特性将其分成不同的群，自己做自律控制，从而使问题简化，但又不能放任每个部分各自为政，就再通过方法将大家协同起来，劲往一处使，达到全局最优目标。类似地，为了解决控制模式复杂问题，我们就结合调度分工的要求首先实现自律控制，然后再通过控制中心间的信息互动，让位于不同城市的控制中心协同工作，使电网在更大范围内实现优化的电压分布。而复杂的安全经济多目标优化问题也被首先分解为相对简化的安全和经济两个子问题自律求解，然后再通过合作博弈把二者协同起来”。孙教授把这种技术路线比喻为跷跷板，“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，我们所做的就是如何在自律与协同之间找到那个微妙的平衡点。”
在14项国家级课题资助下，历经20多年的研发攻关，孙宏斌教授团队攻克了无功电压自动控制从单控制中心到多级控制中心、从常规电网到可再生能源接入电网、从中国电网到北美电网应用中的系列关键技术难题，构建了复杂电网自律协同电压控制的技术体系和标准，研制了具有完全自主知识产权的复杂电网无功电压自动控制系统，在我国电网和北美电网实现了成功应用。针对我国大规模的风/光等间歇性能量输入所导致的电网电压快速、大幅度波动问题，成功研发了大规模风电汇集接入的自律协同电压控制技术。
孙宏斌教授团队
该项成果除了有效保障电网安全运行以外，还在电网节能减排、新能源消纳等方面获得了巨大的社会效益和经济效益。
中国电网目前每年的损耗大约是亿度电，相当于每人每天浪费了近1度电，相当于多消耗了1.5亿吨煤。通过孙教授团队研发的AVC系统，不需要增加任何设备投入，仅通过控制的手段，就能显著降低损耗，起到四两拨千斤的效果。
我国风电、光伏装机容量世界第一。然而，新能源的输入是间歇性的，会引起电网电压的快速、大幅度波动，甚至诱发大规模连锁脱网事故，给电网的安全运行带来威胁，这也成为我国大规模新能源消纳的主要障碍之一。孙教授团队研发的大规模风电汇集接入的自律协同电压控制技术可以有效解决新能源接入导致的电网电压快速、大幅度波动问题。
3.这项成果到底有多牛？
电压是智能电网运行的核心指标。电压问题是全球历次重大停电事故的关键诱因，也是我国大规模新能源并网的一个主要障碍。复杂电网电压控制是世界性难题，包括美国一流大学在内的若干国际权威科研团队均未有明显进展，导致该领域研究长期搁浅。
复杂电网电压控制需要攻克四大难题：1、电网结构变化时控制系统结构的自适应调整问题；2、多级控制中心的分布式协同控制问题；3、大规模新能源接入弱网的电压大幅度快速波动和连锁脱网问题；4、考虑大规模预想事故集的巨型电网安全和经济协同控制问题。
清华大学孙宏斌教授团队历时20余年，突破了一系列技术难题，获得了多项成就：
1、突破了复杂电网电压控制从单控制中心到多控制中心、从常规电网到新能源电网、从中国电网到北美电网应用中的系列技术难题；获中国发明专利57项、美国专利3项，发表论文余篇，境外专题特邀报告20余次。
2、成功研制具有自主知识产权的复杂电网电压控制系统，已在6大区域电网、22个省级电网得到推广应用，接入控制的机组的总装机容量达7.55亿千瓦，占全国水火电装机总容量的56%，承担了已投运的全部8条交直流特高线路近区电网电压控制。
我国第一套区域电网AVC系统，6年在华北电网投入运行，图为投入AVC的华北电网调度大厅
3、通过了美国历时40个月的3轮信息安全检查，解答了0余个信息安全问题，在美国最大区域电网——PJM实现了美国首例复杂电网电压控制，覆盖包括美国华盛顿特区和东部13个州的电网，填补了北美在该领域应用的空白，是我国先进大电网控制系统首次输出北美，具有里程碑意义。随后，又被推广到马来西亚国家电网、加拿大BCHydro电网。
4、在电网安全运行、节能减排等方面取得了巨大的社会经济效益。以江苏电网为例，系统投运后的一年内节约近1亿度电的损耗（约万人民币）；美国PJM电网持续半年的测试数据表明，实现了节能降损收益约万美元。在显著降低网损的同时，五个关键输电通道的传输极限分别提高了7.6%~16.1%，可为PJM电力市场带来了巨大的电价降低效益，此外还提高了供电可靠性带来的社会效益。
5、实现了大规模风电汇集接入的自律协同电压控制。截至年，已在我国6个大型风光基地应用和座大型风光场站应用，已经接入协同控制的风/光能源总装机48.7GW，占全国并网风/光能源总装机的37%，有效保障了新能源基地和电网的安全运行，显著提高了电网消纳新能源的能力。
4.为什么能入选“十大科技进展”？
咱们一起来看看专家们是怎么说的吧。
1、由周孝信院士、杨奇逊院士、余贻鑫院士、李立浧院士、程时杰院士、罗安院士、宋永华教授、穆钢教授、鞠平教授等专家领衔的鉴定委员会认为：项目是“重大的原创性科研成果，整体上达到了国际领先水平，引领了电力系统电压控制领域的发展与技术进步”、“具有里程碑式的意义”。
2、美国能源部顾问、电网运行控制权威、美国工程院院士Prof.Bose认为该成果“使得中国在电压控制领域遥遥领先于世界”（hasputChinafaraheadthantherestoftheworldinbettercontrolofthegridvoltage）。
3、IEEE连锁故障工作组主席、美国电科院电网运行与规划部经理Dr.Zhang评价该成果表示“它使中国的电压控制在技术发展和应用两方面都具备了领先地位”（ThisenablesChina’sleadershipofvoltagecontrolinbothtechnologydevelopmentandapplicationaspects）。
4、在年清华电机系的国际学科评估中，该成果被国际专家认为已达到世界领先（worldleading）。
如此重大的科研成果在获得工业界青睐的同时，也产生了巨大的社会