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教职工风采

黄琦:电网系统的“把脉”人

来源:学生科     点击:    发布时间:2019-04-20 09:35

       电网系统也会“生病”?也需要为它坐诊把脉的“医生”?带着这些疑问,记者走进了电子科技大学188bet体育投注党委书记、电力系统广域测量与控制四川省重点实验室主任黄琦的实验室。作为一位在大电网分析、广域测量控制技术及智能电网先进测量与测试技术领域“摸爬打滚”十几年的科研者,此刻,黄琦为记者介绍道:“电网系统也有脆弱的一面。我所从事的电网系统广域测量与控制方面的研究工作,就是时刻检查电网系统存在哪些问题,同时,还要为‘患者’开出一剂良方,让它药到病除。”

      随着电力系统容量和规模的不断增大、网架结构的不断复杂、超高压长距离输电线路的增多以及用户对电能质量要求的逐渐提高,电网的安全稳定要求更加迫切。因此,建立可靠的电网运行监视、分析和控制系统,以保证电网的安全可靠经济运行,已成为十分紧迫的问题。从基于高性能磁效应的非接触测量方法、电网与信息深度融合的复杂电网信息物理系统信息建模、分析与评估方法等智能电网先进测量与测试技术领域系统性的创新成果,到互联大电网振荡广域测量、分析和控制方法,都是黄琦的研究团队为电网系统安全稳定运行寻求的剂剂良方,为驾驭互联大电网、实现其智能运行与控制提供了技术途径。

进入电力领域,源于儿时对电的深切渴望

      黄琦说,他从小是照着煤油灯读书的。小的时候,电不像现在这样家家普及,家里晚上是没有电的。看书、写作业只能在煤油灯下进行。那个时候,黄琦心里就产生了对电的渴望,也埋下了一粒要进入电力领域的梦想种子。随着年龄的增长,这粒种子在黄琦心中继续生长、发芽。上高中时期,黄琦就以考入清华、北大的电类专业为目标。而高考的失误,让黄琦与清华北大失之交臂,转而进入福州大学。进入福州大学伊始,黄琦心中就有了考清华电力专业研究生的计划。这一次,黄琦如愿以偿。1996年,黄琦踏入了清华大学的校门。

      清华大学电机工程系,成立于1932年,1988年电机系系名改为“电机工程与应用电子技术系”。该系是清华大学最早成立的工科系之一,在工188bet体育投注有较大的影响,名气很大。考入不易,功课难,学生负担又重,而黄琦顺利攀过这座“独木桥”,在全国电力专业顶尖的学府吸收营养,拼命成长。

      机会会奖励有准备的人。1999年黄琦在清华大学硕士毕业后,想进入世界综合性名校进一步深造。因硕士期间在电力专业深厚的积累,黄琦希望到剑桥大学、麻省理工188bet体育投注、亚利桑那州立大学等世界顶级名校或者顶级电力专业高校深造。麻省理工188bet体育投注是当时黄琦最倾心的学校,于是,黄琦就一直等着麻省理工188bet体育投注最后的通知。然而,麻省理工188bet体育投注的通知迟迟不肯来,最终,亚利桑那州立大学以极其优渥的条件掳获了黄琦的“芳心”。来到亚利桑那州立大学后,黄琦对麻省理工188bet体育投注仍念念不忘,一直关注麻省理工188bet体育投注的消息。不久后便看到麻省理工188bet体育投注基于美国电力系统发展已趋成熟的判断,在那一年停止了电力专业的招生。这一判断在美加“8.14大停电”后被证明是错误的,麻省理工188bet体育投注在智能电网的带动下重新开始电力与能源方面的188bet体育投注。

      有人说,上天会把最正确的、最适合你的带到你面前。走进亚利桑那州立大学这所全球电力专业顶尖的名校,无疑是黄琦最适合、最正确的选择,在这里,黄琦接触了最先进的电力技术,与全球顶尖的电力专家学习共事,开启了另一段学习新征程。

人需要体检,电网也需要“体检”

      庞大的电力网络是目前世界上结构最复杂、规模最大的人造系统。由于电能的高速传输,一个局部的严重故障可能在几毫秒内使电网崩溃,导致大面积的停电。在现代社会里,停电就意味着人类社会活动和生产的停止,可能危及人民生命和财产的安全。发生在2003年美国中西部、东北部及加拿大安大略省的美加“8.14”大停电给美国经济所造成的损失每天达500亿美元。停电事件影响到约5000万人口,造成美国俄亥俄、密歇根、宾夕法尼亚、佛蒙特、马萨诸塞、康涅狄格、新泽西以及加拿大安大略等地区约61800MW的负荷损失。因此,有效保障电网系统安全稳定运行,对电网系统进行实时测量与控制是最基础的一环。“电网系统测量与控制对提高电网系统的稳定性与可靠性,保证电网系统的安全稳定运行,促进电力企业的可持续发展具有重要的现实意义。”黄琦说道。

      对电网系统的测量与控制是黄琦的“老本行”,从大学到硕士再到博士一直是黄琦研究的对象。2003年,黄琦从亚利桑那州立大学博士毕业,回国进入电子科技大学,电力系统的测量与控制仍是他工作的重中之重。

      黄琦说,近年来,伴随着国家经济的发展,电网建设也得到了迅速发展。电网系统运行电压等级不断提高,网络规模也不断扩大,截至2011年年底,全国220千伏及以上输电线路总长度达48万公里,变电容量约22亿千伏安,电网规模跃居世界第一。在此期间,一大批重大输电工程开工建设。其中,海南联网、呼辽直流、新疆与西北联网以及特高压交、直流等一批高电压等级、长距离、大容量的输电工程已建成投产,这开启了我国的大电网时代。在大电网时代,全国电网连在一块,只要一个地方存在一个小问题,它就会波及很大的范围、带来巨大的影响。因此,对大电网实时“体检”尤为重要。

      为了使“体检”更全面深入,对“疾病”防患于未然,黄琦的团队率先提出智能变电站自动化系统“全场景”的测试方法。据黄琦介绍,传统的变电站检测工作很简单,只需要工程师拿着一支万用表检查电路通与否,只要电路是通的,就说明这个系统是好的。而现在的数字化或者智能变电站是一个信息系统,通过光纤连接,传出来是一些看不见摸不着的数字信息。一般的仪器也无法对这些信息进行分析。而“全场景”检测方法则是通过整体的一种仿真数据的注入,让这个系统像在真实的环境中运行,并且对系统进行整体测试,在不影响系统的完整性的条件下就可以完成测试。黄琦告诉记者,“全场景”测试方法,实现了网络化二次系统的整体测试,提出的复杂二次系统功能受损度的概念,解决了网络化二次系统功能和性能量化评估的关键问题,相关成果被鉴定为“国际首创”。并且随着智能电网的发展,电网的复杂性会越来越高,信息处理的难度也会越来越大,在这样的情况下,“全场景”的测试方法有很广阔的应用前景。黄琦也在不断地加快对“全场景”测试方法的进一步研究和产业化推广。

务实求真,继续攀登电网这座高峰

      在新世纪的第一个十年,大部分工业国家建立了适应电气化工业体系的电力能源供应体系,但那时的电力行业基础设施陈旧,信息化程度不高,严重制约了人们对电网安全可靠高效的期望和接纳风电太阳能的可再生能源的要求。于是,世界范围内兴起了一场电力系统信息化、自动化、智能化的革命,充分利用先进的ICT技术(信息通信与控制技术)来实现可靠、安全、经济、高效、环境友好的电网。因此,智能电网概念开始推广普及并迅速在大部分国家上升为国家战略。在2009年5月21日举行的“2009特高压输电技术国际会议”上,时任国家电网公司总经理刘振亚表示,积极发展智能电网已成为世界电力发展的新趋势,到2020年,中国将全面建成统一的坚强智能电网。我国国家电网结合基本国情和特高压实践,确立了加快建设坚强智能电网的发展目标,即加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展,具有信息化、数字化、自动化、互动化特征统一的坚强智能电网。

      为了提高智能电网安全稳定水平和电网设备管理效益,加强和提升电网设施的监控能力是一个跳不过去的话题。身为电网领域的研究学者,保障智能电网的安全稳定,黄琦说,他更是责无旁贷。非接触磁测量技术,便是黄琦在智能电网系统研究中的智慧结晶。“这种非接触磁测量实现了基于巨磁电阻效应的智能变电站瞬态磁场的宽带点测量。同时,在研究中,我们建立了空间电磁干扰量化分析方法和实测方法,建立了多物理场参数与输变电设备状态之间关系的量化描述模型,从而提出了高压输电线故障非接触定位新方法、高灵敏磁测量的输电线路运行状态在线监测体系,为智能输变电信息感知奠定基础。”

      除此之外,在电力系统模态检测、分析与控制领域,黄琦团队成功解决了非平稳低频振荡信号处理的难题,实现了基于广域测量系统的电网低频振荡在线检测;攻克了高阶非线性模态分析的难题,建立了电力系统模态高阶交互作用分析方法;深入研究大型集中外送电网系统频率时空动态演化规律,率先建立了量化的大电网多时滞反馈控制设计方法,相关成果应用于处于全国互联大电网的末端、西电东送主要参与地区的四川电网的安全稳定分析、广域测量与控制,为驾驭该类大型集中外送系统提供理论和方法支撑,为推动大电网广域测量与控制做出重要贡献。

      清华学子一直以“求真务实”著称。黄琦从踏入清华那刻起,20多年来仍保持着这种精神。他说,以“求真务实”作为指路标,前进的路会越走越快,越走越宽。

学生眼中的“推土机”

      不停地深挖,铲土,最终让淤泥无处可藏,这是现实中的推土机。而在学生们的眼中,黄琦也如一辆“推土机”:大家解决不了的难题,他上;大家不愿做的活儿,他接下……

     2003年,黄琦回国那天,电子科技大学自动化工程188bet体育投注的书记亲自到机场去接他。书记告诉黄琦说,院里基础薄弱,一切得靠他从头建设。回到188bet体育投注一看,黄琦说,不是基础薄弱,而是根本没有强电方面的研究基础。雄关漫道真如铁,而今迈步从头越。拿着10万元的启动经费,黄琦开始了学科建设、科研平台的建设。

      2008年12月,电子科技大学——国网四川省电力公司“电力系统广域测量与控制”四川省重点实验室正式得到四川省人民政府授牌,因黄琦教授带领研究团队在广域时钟同步、大电网分析方面展现了较强的实力,被任命担任实验室主任。结合电子科技大学在电子信息领域的优势,抓住智能电网发展机遇,学校在智能电网领域取得了突出的成绩。2014年,四川省发改委批准成立了“四川省新能源与智能电网自动化技术工程实验室”,该实验室与2008年成立的“电力系统广域测量与控制”四川省重点实验室一起,成为四川省围绕智能电网、大电网和新能源领域的重要战略布局。

      2011年,黄琦带领团队组建了电子科技大学能源科学与工程188bet体育投注,并结合电子科技大学在电子信息领域的优势和国家能源战略发展方向,形成了材料—器件—系统—应用的研究体系;推动形成了学校在电气工程和能源领域的学科增长点。同时,团队的研究成果连续获得四川省、国网四川省电力公司的科技进步奖,并大部分已经得到应用,产生了良好的经济效益和社会效益,为四川电网的智能电网和智能变电站建设做出了重要贡献。利用这些优势,结合团队的国际化视野,黄琦创建了International Conference on Smart Grid and Clean Energy Technologies多个智能电网国际会议并担任大会主席,2019年,智能电网领域最高水平的国际会议IEEE PES Innovative Smart Grid Technology也在成都召开,黄琦荣任大会主席。 

团队成员大合影

      “您是如何做到一并处理这么多事的?难道前进的道路都是畅通无阻,没有困难的阻碍?”记者不禁问道。黄琦说,为了在有限的时间里做188bet体育投注 www.uestc-etcmce.com的事,更有效地利用时间,他专门在书桌上贴了“争分夺秒,见缝插针”这8个大字。“我们通常很忙的原因是由于头绪太多而导致时间碎片化,只要一有机会,我就把这个碎片化的时间充分利用起来。这样处理事情的效率就会高很多。”黄琦也时常会遇到困难,但每当此时,他都有个打败困难的妙方。他说,曾国藩的一生,凭借一个“挺”字在困厄中求出路,在苦斗中求挺直,历尽劫波,以坚韧挺劲的无畏精神成就了“天下之大功”。他在困难面前就发挥曾国藩的“挺功”,很多时候“挺一挺”就过去了。一个云淡风轻的“挺”字,所有的困难与阻碍都被黄琦轻轻化解掉。并且,黄琦这种“挺”的精神还感染了他无数的学生,使学生无畏困难,奋勇前行。

      为时60分钟的采访,不时可以听见黄琦爽朗的笑声。不管遇到什么困难,黄琦都是乐呵呵的,是个典型的乐天派。行有路,思无涯,人生何处不通达?这应是对黄琦心态最佳的描述。一句“没有做不到,只有想不到”更是激励了无数学子在学业上精益求精,同时,也是黄琦对自己不断追求的鼓舞与勉励。


      来源:科学中国人2019年2期(上)