作者:林静 来源:中国科学报 发布时间:2014-6-10 10:07:15
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记陈皓勇教授:电力科技追梦人 能源创新开拓者

陈皓勇在工作中

■林静

在新一届国家能源委员会首次会议上,李克强总理指出,能源是现代化的基础和动力,是国际政治、金融、安全博弈的焦点,能源供应和安全事关我国现代化建设全局。而在节能减排及应对气候变化工作会议上,李总理则提出要控制能源消费总量,提高使用效率,调整优化能源结构,积极发展风电、核电、水电、光伏发电等清洁能源和节能环保产业,大力推广分布式能源,发展智能电网。

能源电力领域倾注着无数个科技工作者的心血,华南理工大学电力学院教授陈皓勇就是其中的一位。在与电力科研事业结缘的20年里,他以复杂系统(大规模、随机性、分布式、网络化系统)建模、优化与控制理论方法及其在电力系统中的应用研究为核心学术思想,长期从事电力系统规划、运行与控制,新能源并网与智能电网技术,电力技术经济与管理等方向的基础前沿研究和教学工作。其研究成果在电力行业得到广泛应用,同时,还引起国内外不同领域学者的广泛关注。

多向思维推陈出新 科研攻关占尽先机

知识的专业化能够延展科研的深度,知识的多元化则能够拓宽科研创新的维度。陈皓勇在深入研究电力科学的同时,也广泛涉猎其他学科领域,这一习惯为他的科研创新之路提供了持续不断的源泉。他取得的一项获得学术界广泛认可的成果是将协同进化机制引入电力系统运行、规划的优化问题研究。

机组组合问题是电力系统运行优化中的一个经典难题,其目的是在满足电力系统技术条件约束的情况下,确定未来一定时期内发电机组的调度方案,以使系统总的运行成本(或燃料消耗)达到最小。针对这一难题,陈皓勇在国际上首次独立地提出电力系统优化的协同进化算法,借鉴自然界中的协同进化机制,引入生态系统的概念,并将电力系统类比于自然界中的生态系统,将其中的优化问题的求解映射为生态系统的进化,最终达到问题求解的目的。陈皓勇将该类算法推广于电力系统规划、运行和电力市场决策等多个领域,不但为电力系统优化提供了新途径,也为解决一般复杂工程系统优化问题提供了新思路。他在国际权威期刊上发表了系列论文,被国内外多个权威学者和研究团队广泛引用和跟进研究。

除此之外,陈皓勇还系统地研究了基于大系统随机与离散优化理论的电力系统规划、运行的模型及算法。在电力系统规划方面,提出了基于改进Lagrangian松弛法和随机生产模拟的电源规划等模型和算法;在电力系统优化调度方面,在国际上较早地开展了多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合等问题的研究;在电力系统无功优化方面,提出基于退火选择遗传算法的大电网无功优化等模型和算法。

博弈方法大放异彩 策略均衡收获佳绩

陈皓勇并不满足于已取得的成果,他时刻关注着新的研究动向,也把更多的注意力放在学术思想和方法创新的层面,其中“博弈论”就是他重点关注的学术领域之一。

从上世纪90年代起,电力市场化改革成为全世界所关注的话题,在市场环境下,电力系统中存在不同的利益主体,传统的统一优化模型难以适用。作为一类先进的数学工具,博弈论通过建立多方优化决策模型并求解均衡策略,使得各方均能获得最佳收益。在这个背景下,陈皓勇长期从事基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真研究,首次提出了基于协同进化计算的寡头垄断电力市场建模、运用多项式方程系统求解电力市场均衡等方法,首次形成了基于实验经济学的电力市场博弈分析理论和方法,首次结合基于协同进化计算的智能模拟和实验经济学方法研究了电力市场主体的交易策略和市场均衡等问题。

而从更高层次的观点,陈皓勇认为,“博弈”是社会和自然界中普遍存在的现象,在不同学科领域中都有所体现。作为社会科学重要方法的博弈论能否在工程领域中应用呢?他的回答是肯定的。电力系统中多个控制器的协调问题是长期以来一直悬而未决的难题。陈皓勇考虑能否将博弈论和控制理论相结合,发展出一种新型的电力系统控制理论和方法来解决这个问题。基于这种思路,陈皓勇首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想。这种方法将每个控制器都视为独立决策主体,通过其间的自组织竞争达到均衡,抓住了多控制器协调问题的本质。他在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率协同控制,基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究也已取得重要进展。这项研究开拓了电力系统协同控制新方向,正得到国内外同行越来越多的认可。

技术难题迎刃而解 风电并网助力发展

进入21世纪以来,由于能源和环境的压力,可再生能源开发浪潮席卷全球。间歇性可再生能源(风、光等)的大规模接入给电力系统运行带来很大的冲击,降低了电网安全稳定运行的水平,使得传统的电力系统理论方法和技术体系受到挑战。作为华南理工大学新能源并网及发电控制技术方向的领头人,陈皓勇倾情投入风电等新能源并网调度控制技术的研究。

他在国内率先研究了多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合问题。由风电预测不准确导致的随机性给机组组合和经济调度带来新的挑战,在确定性机组组合问题上表现良好的混合整数规划方法将陷入困境。陈皓勇提出的模型和算法通过引入发电机功率分布因子,并采用基于极限场景集的场景法取代基于蒙特卡洛仿真的场景法,在计算时间和精度两个方面均得到了改善。更重要的是,该模型在保证预测场景调度方案最优的情况下,也能保证误差场景下方案可行,奠定了鲁棒调度的基础。作为国际上电力系统鲁棒调度思想的首先提出者之一,陈皓勇特别提出,在前期理论研究的基础上,建立世界上第一个含多类型新能源的电力系统多时间尺度鲁棒调度系统,并在海南岛国家智能电网示范工程中实施,可望为新能源并网难题的最终解决提供重要技术手段。

陈皓勇还系统研究了新能源发电短期和超短期功率预测、含多类型新能源的电力系统无功/电压控制和有功/频率控制等问题,不但在理论上取得了重要进展,部分成果也将投入实际应用。

协同作战合作攻艰 智能电网创享未来

能源安全关系世界各国的经济命脉和民生大计,先进能源技术的研发推广至关重要,需要多个学科协同攻关。面对当前能源电力发展格局以及国家重大战略需求,陈皓勇在华南理工大学联合电力系统、电力电子、信息通信和经济管理等多学科的研究力量,形成了智能电网和新能源领域的一支强大研究团队。近年来该团队承担国家基金重点项目、“973”项目、“863”项目、广东省工业攻关重点项目等100余项,建成风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省风电控制与并网工程实验室和广东省绿色能源技术重点实验室3个国家和省部级重点实验室。一批产品已通过质量检验并上市销售,在产业界有重要影响。

此外,他还与清华大学、西安交通大学、华北电力大学、南方电网科学研究院和海南电网公司等单位紧密合作,努力攻克国家“863”计划的“多类型新能源发电综合消纳的关键技术”课题。此课题将在含多类型新能源的电力系统规划、分析、调度、运行、继电保护、安稳控制、防灾应急等关键领域取得全面突破,在海南建立全国首个省级弱联型生态示范电网,为“国际旅游岛”、航天发射中心等的建设提供坚强电力保障,并致力于将海南电网打造成世界一流的智能电网技术集成应用和示范展示平台。

陈皓勇善于发现和解决电力工业发展和能源生产利用中实际存在的难题,使自己的研究具有了坚实的基础,并始终奋战在学术前沿,带领科研团队努力攻克智能电网和新能源发电关键技术,用自主创新的成果推动我国电力行业的进步,提高我国新能源开发利用能力。他用踏踏实实的科研态度和顽强拼搏的科研精神,完美诠释着属于所有“电力科技人”的中国梦。

《中国科学报》 (2014-06-10 第14版 专题)
 
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