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与灾害“赛跑”,筑牢供电屏障

来源:  发布时间:2024-03-12

——记河海大学能源与电气学院青年教授王冲

郑 心  肖贞林  

  

  很多人眼中曾出现过这样一幅画面:电工悬空在百米高空的电线上进行带电作业。每当这时,一群喜鹊从半空中飞过,从下面看上去,低飞的喜鹊个头仿佛比那高处作业的人影还要大。对于我国用电大省江苏而言,这类场景更属司空见惯。其境内的特高压输电线路±800千伏建苏线是我国“西电东送”工程的“大动脉”。白鹤滩上飞流直下的金沙江水带动澎湃的电能,沿着2080千米长的特高压建苏线,浩浩荡荡地涌入江苏,也给全国人民带去源源不断的清洁能源。

  虽然河海大学坐落的位置距离此处有不短的距离,但同属江苏,同以天下为己任,二者共同在发展的道路上翻山越岭、涉江渡河,经历着酷暑寒冬,也向往着康庄大道,前者实践、后者研究,为解决十数亿人口的用电问题勇挑重担。

  “电力系统中一旦出现任何问题和故障,必须争分夺秒地解决,否则极可能造成难以估量的经济损失和社会影响。但近年来,极端天气出现的频次不断增加,由此造成的电力系统停电事故也日益增多,对电力系统的安全稳定运行造成了严重的威胁。这是电力系统的‘劫难’,也是对我们的考验。”河海大学能源与电气学院青年教授王冲多年扎根电力研究一线,沉淀下了不少经验和感悟。而保障电力运维这一重担,也经由前辈的薪火相传,慢慢落在了已经成长起来的青年一辈学者肩上。


“台风刮来的研究方向”


  国外论坛上曾有网友提问:中国全年24小时不断电是真的吗?这在国人眼中几乎已经成为日常生活的基本保障条件,却成为他人眼中值得探究的问题,一时间引发全网热议。究其根本,还是因为持续保障十多亿人用电绝非一件易事,背后饱含着汗水与辛劳的浇灌。

  2014年以前,全世界最大的电力出口国非美国莫属,这一“宝座”美国坐了百余年。从前,美方在发电方面有着极大技术优势和主导权,许多国家的电力都要靠其支撑,但在越过时间的“分水岭”之后,情况就有所改变。2001年,我国用电量巨大但技术还在追赶,而经济却迎来腾飞的黄金阶段。各行各业若要取得更大的突破或进展,都无法脱离充足的电力支持。因此,为了襄助经济发展的同时保障和服务民生,电力领域从业人员不断攻坚克难、砥砺磨剑。2006年,我国特高压技术进入试水阶段;2014年,特高压技术得到创新性突破,不仅打破了美国在电力领域的霸权,也成了我国一张新的国家名片,甚至因其出众的性能,缔造了新的国际标准。这不仅重塑了能源层面大国博弈的局面,也为彼时已经迈入博士求学阶段的王冲带去了更为坚定与积极的信念。

  在王冲高考结束时,电力行业还未成为志愿榜上最热门的专业之一,但凭着对物理的喜爱和对“电”这一无形却强大的物质的好奇,他还是毅然选择了河海大学电气专业。这份持之以恒的热爱敦促他用勤学与笃行填满了在河海大学度过的本硕7年。其间,他始终没有忘却自己的初心,“我的职业目标就是保证电能以安全经济的方式输送至每个用户家中”。

  因此,前往香港大学深造的机会令王冲十分珍惜,但研究方向选择的难题也一时间令他挠头。“电力学的分支庞杂,涉及的研究内容众多,要选怎样的路径实现自己心中的理想,我在入学之初还没有答案。”所以,看论文、听报告变成了他那时最喜欢做的事,他渴望在书海中快速锚定航向。但出人意料的是,“前路未明,台风先行”。由于香港地处我国东南沿海,每年夏天几乎都要刮上几场肆意的台风,这不仅令当地居民的出行备受考验,居家用电的问题也令人困扰不已。一次学术组会上,王冲的博士生导师——侯云鹤教授,一语点醒了这位迷雾中前行的年轻人:“这些包括台风在内的极端天气灾害对电力系统的影响是不是可以列入研究?”拨开云雾后柳暗花明的顿悟感一时间笼罩着王冲,也勾起了他深藏于心底的兴趣。“如果能以所学切实为身边人解决生活中出现的实际问题,就再好不过了。”恍然间,他觉得自己似乎触碰到了科研的真谛。

  此后王冲便全身心地投入电力系统韧性/弹性的研究之中,坚持以时不我待的紧迫感与“时时放心不下”的责任感,多措并举、严阵以待,致力开发各项抗台风的保供电技术。在攻读博士至前往美国爱荷华州立大学开展博士后研究期间,他相继参与了中国香港资助局项目、美国电科院项目、美国能源部相关项目,以及美国国家科学基金会项目等研究课题,积累了丰富的实战经验。

  然而王冲却表示,除了这些可以量化的成果,求学历程中最令他深觉受益匪浅的收获是认识到科研需要“善于主动发现”和“善于主动思考”。“现实生活中,很多事情只有拨开现象主动发现并思考问题才能解决问题。”就如同导师长于思考,一言为他指明科研前路的事例令他铭记至今。“今天我也时常反思自己当初是因为什么没有认识到这些道理,也侧面体现出这两种能力对于科研者的重要性。”远方仍远,长路仍长,始终抱定一颗“善于主动发现”和“善于主动思考”的心,仍是王冲对自己的严格要求,也是对未来再获技术突破的殷殷期待。


“奔跑中思考行业问题”


  科研之余,王冲喜爱奔跑。在旁人眼中,那看似只是一个风啸耳畔的动态过程,但淋漓的汗水却会让他实在地感受到努力的价值,还可以纾解工作的压力,直至心态平复,思绪恢复冷静。2018年,他重回母校,用崭新的面貌与昂扬的姿态准备翻开自己的职业新篇,恰在此时,与灾害“赛跑”的局势却变得越来越紧迫,2005年台风“达维”对我国海南省电网的电力设备造成了严重破坏,导致了罕见的大范围停电事故;2014年台风“海鸥”破坏我国南方部分地区电网,受影响用户超过400万;近年来极端灾害的发生频次还在逐渐升高……许多国家及国际组织发布了重要的年度报告或白皮书,揭示能源系统在应对极端灾害事件时需要具有足够的弹性/韧性(resilience)。桩桩件件都令身在业内的王冲倍感担忧的同时,也让他深觉自己肩上的责任又重了几分。

  于是,借着2015年国家发展和改革委员会提出“加强能源互联,促进多重能源优化互补”,以及次年进一步提出互联能源供应系统指导意见的“东风”。王冲意识到,新型电力系统中很关键的一个特点就是综合能源互补。由此,他带领团队积极布局,展开国家自然科学基金青年项目“极端天气事件下电力-天然气综合能源系统的弹性策略研究”。项目中,他创新性地构建了非参数驱动的弹性演化模型体系及基于随机状态驱动的全过程弹性优化调度策略,解决了演化随机性与模型通用性协调的难题、决策复杂性与策略高效性协调的难题。

  在构建系统弹性调度策略时,王冲捕捉到,系统状态的获取是构建弹性策略的一个重要前提。极端灾害事件会造成大面积的信息网络故障,使信息网络故障从常规的“小范围、单点”向“大范围、多点面”转变。当部分区域信息不可观时,传统的状态感知方法无法直接使用,导致无法直接获得系统的整体运行状态,而系统运行状态是构建系统弹性策略的基础,因此由极端灾害导致的“部分区域信息不可观”对构建系统弹性策略提出了重大挑战。于是,在青年基金项目的基础上,他又再次成功申请了国家自然科学基金面上项目“部分不可观下基于状态驱动的交直流电力-天然气系统弹性策略研究”。

  除此之外,无论是“物理系统角度下增强系统弹性的实时性措施”还是“信息网络系统角度下增强系统弹性的实时性措施”,都是王冲与灾害“赛跑”,筑牢供电屏障的一个个缩影。他始终步履未停。未来,他表示将继续深入研究新型电力系统中高比例可再生能源、多能互补综合能源、高韧性安全可靠特性,从电力系统、综合能源系统、随机决策理论、人工智能方法等多领域交叉角度出发,破解信息物理融合和高比例电力电子特征下新型电力系统的关键技术,让四通八达的电路不仅为抗击风暴灾害“雪中送炭”,更为人民繁荣生活“锦上添花”。
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2024年5月

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