在复杂中追寻简单 助力电力系统科教 ——记浙(2)

吴浩从复杂性科学的角度，针对大量随机分布的感应电动机群，通过仿真揭示了感应电动机群的连锁堵转现象，发现其规律满足复杂系统理论下动力学行为的典型特征，进而通过分析定量推演了分布式感应电动机群的连锁特性，完整地揭示了该现象背后所蕴含的简单机制，为大扰动负荷特性研究提供了新思路。该成果在他2009年访问美国威斯康辛大学麦迪逊校区时得到了其合作教授、连锁故障和大停电研究领域领头人Ian Dobson的赞赏。

在此基础上，他结合国家自然科学基金课题的研究与电网公司等业界工程实际的需求，提出了基于电网量测数据的负荷构成分析方法及考虑连锁堵转的感应电动机群分组—聚合等值方法，提高了等值负荷模型的精度和适应性，为建立大扰动负荷模型提供了新技术。此外，他还采用大数据方法分析海量电力负荷的时空特性，研究电网负荷预测、调控和管理等运行控制及规划技术，并先后与各电网公司展开合作，取得了突出的效益。

电力系统的复杂和复杂性是既有联系又有区别的两个方面。前者指电力系统相关问题种类繁多、错综复杂，其研究是现代电力系统工程和实践的基础；后者指从电力网络或设备等的局部交互中所涌现出的系统整体特征，其研究大大深化了对复杂电力系统的理解。“我的研究领域之所以能够从复杂电力系统往电力系统复杂性拓展，离不开导师的引领和各位师友同学的帮助”，吴浩如此总结道，“是他们使我得以徜徉于复杂系统和大数据等前沿理论和技术中，得以在更广阔的领域中去追寻复杂电力系统问题的简朴本质，去印证科学的美”。

再探复杂电力系统的简单性

电力系统正面临着日益多变、不确定的运行条件。为了保证系统安全高效地运行，需分析和评估各种因素对电力系统的影响，如输电计划等确定性因素，风电功率、市场波动等随机因素，情形十分复杂。传统上，电力系统确定性和随机性影响因素的分析分属两个方向，分别采用不同的方法，但都难以快速、准确地分析多因素的影响，对强非线性系统、大范围参数变化等问题更是束手无策。

和导师韩祯祥院士（左1）在巴黎

而从建模的角度来看，无论影响因素是否随机，这些能影响系统的变化因素均可视为电力系统分析模型的可变参数，但随机参数需满足额外的统计规律。因此，吴浩提出将这些问题统一描述为电力系统分析的参数化问题，即研究参数变化与系统状态和性能的关系的问题，从而简化了问题的表述，为电力系统确定性和随机性问题的统一研究奠定了基础。

在具体的研究方法上，吴浩首次将广义多项式混沌法引入电力系统稳态和暂态的随机性分析。该方法应用于电力系统分析后，能避免冗繁的计算，也无需线性化假设，具有全局、强非线性、高精度等分析能力，为一大类电力系统随机问题的研究提供了新方法。

在上述工作的基础上，吴浩进一步将广义多项式混沌视为多项式逼近的特例，首次构建了基于多项式逼近的电力系统参数化问题的分析框架，为统一分析确定性和随机性参数对电力系统的影响提供了新工具。针对电力系统参数化问题，他还提出了适用于大规模复杂电力系统分析的实用化多项式逼近方法，大大拓展了该方法在实际问题中的应用潜力。

多项式逼近方法具有突出的普适性，不仅适用于确定性和随机性两类问题，也适用于多类数学模型所描述的参数化问题，同时，该方法还继承了广义多项式混沌法的强非线性、大范围参数变化、高精度等分析能力，故具有重要的理论和应用价值。目前，相关工作已得到国家自然科学基金的支持，并引起了国内外知名研究团队的关注。

“在这一工作中，我深刻地体会到了复杂问题简单化的力量和美感，不仅以普遍性的电力系统参数化问题统一了相关的确定性和随机性分析问题，还以普适性的多项式逼近方法统一了确定性和随机性问题的分析方法”，吴浩感慨道，“有一种以简御繁的感觉，这为我今后的科研工作开辟了一个很有潜力的方向”。

打造复杂电力系统的简便分析工具

在教学上，无论是本科生专业基础课“电力系统稳态分析”，还是研究生选修课“电力系统运行与控制”，吴浩始终将掌握物理概念和思想摆在第一位，努力还原复杂电力系统分析的简单原理，帮助学生摆脱复杂电力系统冗繁计算的桎梏。在科研上，他努力给予研究生更高的科研起点，帮助他们尽快进入实质性研究，尽早体验到科研的乐趣。他知道，工欲善其事，必先利其器。在电力系统专业，由于系统本身的庞大和不可复制性，大多数研究都离不开计算机上的仿真计算，一款合适的软件能够大大提升学习和科研效率。

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