在复杂中追寻简单 助力电力系统科教 ——记浙

作为现代文明须臾不可离的基础设施，电力系统承担了电能生产、传输、分配和消费的任务。随着社会和经济的跨越式发展，我国电力需求激增，目前拥有全球最庞大、复杂的电力系统，总发用电量、总输配电线路里程等均居世界首位；另外，随着特高压交直流大功率输电、风光新能源发电等技术的跨越式发展，我国电力系统在解决一大批理论和工程难题的同时，仍面临着更艰巨、复杂的挑战。由于电力事关国计民生的命脉，为了保证电力系统运行的稳定性、安全性和经济性，复杂电力系统的分析和控制一直是电力系统领域的研究重点。我国很多高校都设置了电力的相关学科，对电力工程进行基础教学和前沿研究。

浙江大学电气工程学院始建于1920年，是我国创建最早、实力最为雄厚的电机系（科）之一，在2017年全国电气工程学科评估中位居前列。在浙江大学教授、英国皇家工程院院士宋永华的带领下，浙江大学智能电网运行与优化实验室（SGOOL）于2013年成立，致力于促进我国智能电网与可再生能源的发展，专注于电力系统优化运行与控制、特高压交直流大电网、主动配电网、电力负荷分析控制、电力市场、能源互联网等研究领域，现已成为一支在国内外具有一定影响力的研究团队，在科研与人才培养等方面取得了突出的成果。

吴浩在美国访问期间

身为SGOOL团队核心成员，吴浩同时担任浙江大学电力系统自动化研究所副所长，主要研究方向为电力系统安全分析与运行控制等。在经过持续不懈、深入的研究后，他提出了电力系统参数化问题的理论分析框架、电力系统负荷特性分析和建模技术体系等，为相关研究提供了有力的新理论和新方法，促进了电力系统的安全高效运行。

结缘复杂电力系统的简单性

电力系统是人造最复杂的系统之一。与其他科学研究一样，探索复杂电力系统现象和问题背后的简单原理和本质始终为电力人所高度重视。

早在浙江大学师从韩祯祥院士读博期间，吴浩就采用分岔理论及动力系统方法等，研究复杂电力系统的电压稳定性及其与功角稳定性的关系，提出了暂态电压稳定和功角稳定在建模上无本质区别、暂态电压稳定的机理可从近奇异性角度描述等观点，获得了国内专家和学者的认可。2003年，吴浩受上海交通大学程浩忠教授的邀请，参编了研究生教材《电力系统无功与电压稳定性》。不久后，其相关研究也得到了国家自然科学青年基金的支持。

“我在博士阶段着重于暂态电压稳定性的机理研究，试图回答什么是暂态电压稳定，该如何定义、如何建模、如何分析，它与功角稳定的区别和联系又是怎样的”，吴浩如此总结道，“简单来说就是寻求暂态电压稳定这一复杂问题的最简单最本质的答案。韩院士的这一培养方式对我后来的研究风格产生了巨大的影响”。

探索电力系统负荷的复杂性

2004年，面对世界范围内屡屡发生的大停电事故，在韩祯祥院士的引领下，吴浩投身电力系统大停电方向的研究，直接参与到原“973”计划当中。在电力系统日益完善的今天，少量故障通常不会造成停电，而能够造成大停电的，必然是连锁故障：当系统发生故障后，可能会达到一种新的状态，在此基础上诱发另一些故障，进而发生连锁反应。对于这个过程，吴浩以雪崩作比：“因为一片雪花的滑动，逐步推动其下方的积雪滑坡，最终形成大雪崩。”这就涉及一种新兴的科学——复杂性科学。

复杂性科学被称为“21世纪的科学”，其主要研究任务是建立复杂系统理论，用以揭示复杂系统的一些难以用现有科学方法解释的动力学行为特征。近20年来，复杂系统理论已被成功应用于多个学科领域，并在电力系统研究中取得大批成果。这些结果显示，大电网结构与停电规模等电力系统指标均具有复杂系统的特征。

在经过一段时间的探索后，吴浩决定从与电力系统电压稳定性联系密切的电力负荷角度，研究电力系统的复杂性。电力负荷包含不计其数的用电设备，其中，承担机电能量转换的感应电动机是最重要的负荷类别，其对电力系统动态行为，特别是电压安全稳定性和故障后系统电压恢复性能，具有显著的影响。然而电力负荷具有很强的时变性、随机性、分布性和不连续性，因此，电力负荷的特性，特别是大扰动特性，难以准确掌握，导致负荷模型难以准确建立，进而严重地影响了电力系统分析和控制的准确性。

文章来源：《中国科教创新导刊》 网址: http://www.zgkjcxdk.cn/qikandaodu/2021/0210/483.html