开拓者的追求——访华中科技大学电力工程专家程时杰院士

发布时间:09-06-08 16:54:00 作 者: 浏览次数:

作为电力工程专家的程时杰院士,与他的科研团队所完成的项目"大电网大机组安全稳定控制的研究"课题,荣获国家科技进步二等、省自然科学一等奖,这一科技成果用于国内外电力系统的生产实践,已产生显著的经济效益。人们在沐浴科学之光享受他们的科研成果时,也许很想了解其成功背后的故事--他是如何在这一领域做出重要发现的?又是如何使理论研究与工业应用同步双赢的?他在治学育人方面有什么秘诀?其人生经历和学术生涯能给年轻人有何启示?作者带着这些问题,采访了程时杰院士。

开拓者的追求

——访华中科技大学电力工程专家程时杰院士

根据事先与程时杰院士预约的时间和地点,我准时来到华中科技大学电气学院的动模楼。在二楼靠西南边的小教室里,十多个肤色不同的年轻人在电脑前忙碌着,他们都是程时杰院士的研究生,隔壁十余平方米的小房间,是程院士的工作室。

工作室的门开着,明媚的春光洒满窗台,程院士正对着窗外在电话里谈工作,我站在门口只见到他的背影。趁此机会,我仔细打量了一下这个整洁而简朴的工作室-- 一排存放书籍资料的木柜,顶天立地地靠墙而立,像一队威武的士兵,时刻准备着首长的检阅;两张普通的办公桌并排着,上面有序地堆放着一些资料和书籍;两只单人木椅,样式也很简单、陈旧;唯一显得有点现代气息的,是一张旧电脑桌上的笔记本电脑,荧屏上显示着主人正在进行的课题研究。整个工作室充满着浓郁的书卷气和有条不紊的工作氛围。

程院士谈完工作,转过身,连忙搬来木椅让我坐下,就我提出的采访提纲,有条有理干净利索地讲起来。

科学发现——在学科交叉的领域里寻找突破口

"最早知道电力系统稳定性的重要,大概是1971年吧。那时,经过解放军农场"再教育"洗礼后的我,被分配到陕西省火电公司从事火电厂建设工作,才工作一年多,就赶上了电厂新建机组投产前必须进行的新建机组72小时试运行。在整个建设工地,这是最令人又兴奋又紧张的时候,人们兴奋的是看着高大的厂房平地而起,各种大型发电设备相继投入试运行,这是经过多少个日日夜夜努力工作的结果,想着又有一台大型发电机组即将投入运行,将强大的电力送入电网,每个人的心里都充满了发自内心的自豪。紧张的是这样的庞然大物,各种大型的机电设备不是在高电压、就是在特高温、再不就是高压力下运行。在这种‘三高'环境下,设备和人身安全的重要自不必说,更让人关心的却是机组是否能够安全并入电力系统并稳定运行。当时工地上流传着这样一个故事,那还是在50年代初期,我们这个电力建设公司承担了山西太原热电厂一台大型机组的建设任务,在机组72小时试运行中,由于一个看起来小小的错误使当时本来就很薄弱的电网失去了稳定,导致电力系统崩溃,事故的发生马上惊动了公安局,二话没说警车到公司就抓人。据说我们的总工程师,当时是电气工地的专责技术员,就因为这件事坐了几年牢。这件事给我很深的印象,与电力系统打交道,不能有任何闪失,国家安全掌握在自己的手中,严谨的科学精神比生命还重要。"

一次工程事故,在平常人眼里,也许看到的是危险,是教训;程时杰却看得更远,他看到了责任,看到了电力系统稳定性的重要,它涉及社会福祉、国家安全,太值得去探索去研究了。然而真正有目的研究,是他从读研究生时开始的;1978年,经过十年"文革"浩劫的他考入了当时的华中工学院,成为"文革"后的第一批硕士研究生,师从任元教授,教授就是专门从事电力系统稳定控制研究的,因为成功解决了我国最大容量的葛洲坝水电厂机组与华中电网间的振荡问题,而享誉国内学术界。看着老师的成就,更让他看准了方向-——"大电网大机组安全稳定控制的研究",一个开拓性的领域研究就此萌芽。

在电力系统的稳定控制中,他的研究工作是从大机组稳定控制开始的,在导师的指导下,他开始步入大型发电机组稳定性分析和稳定控制的学科领域,最优控制、自适应控制、智能控制、非线性控制这些在当时控制理论中的最新成果一个又一个被引入电力系统,一项又一项研究成果问世了。

电力系统是个相当传统的学科,其本身的理论研究已经相当成熟,要想在这方面获得突破的确很难。大电网地域分布辽阔,信息量众多,地域分布的辽阔性,使信息的同步采集很难实现,这使系统的全局稳定性分析和运行变得更为复杂,大电网的安全稳定运行与控制成为电力工程界必须面对和解决的难题。向世界难题挑战谈何容易?程时杰认为,没有困难就不会有成果,关键是如何找到突破口。通过深入研究,程时杰终于找到了突破口--在学科交叉的领域里进行研究,走多学科融和融合、创新之路。"大电网大机组安全稳定控制的研究"涉及到电力工程、动力工程、信息学科、自动控制、计算机学科和人工智能等多学科交叉领域;他看准了学科交叉这个方向,难题也迎刃而解。

20世纪90年代,程时杰研究发现,美国军方研究出的GPS(全球定位系统)免费向全世界开放,为长期困扰电力工程稳定控制的难题提供了解决的可能。1997年开始,他指导课题组成员在国内较早进行了电力系统中GPS的应用研究,实现了基于GPS广域电网状态同步采集监测系统;利用人工智能的原理,开发了电网稳定分析与控制措施的自动智能计算系统,快速形成稳定控制决策表;在多方面都取得了创新和突破,其研究成果处于国内领先地位。

开拓者没有终点。

走向双赢——实现科技成果转化,让理论研究得到实际应用

"在国外留学时,我的研究方向是电力系统自适应控制,这在当时是一项十分前沿的研究。一位长期从事该领域研究的专家在某国外权威刊物上谈到此项研究时说:实现这种控制当然是我们大家一直梦梦寐以求的事,可惜的是这种控制现在离我们实在是太远了。一次有一个难题困惑了我许多天,我百思不得其解。说也奇怪,一个星期天,我去超市买东西,一边走一边思考这个难题,走到超市门口,灵感忽然而至,多日不解的问题豁然开朗。东西不买了,我连忙回到办公室,把瞬间想出的解决办法记下来;实验证明,果然是一种有效的办法。"

这是程时杰院士在访谈中讲的一个细节。就是这样专心致志的科学态度和废寝忘食的治学精神,使程院士取得累累硕果--在 国内外学术刊物和国际学术会议上共发表学术论文277篇,其中SCI 检索29篇、EI检索111篇,获国家发明专利2项。据不完全统计,到目前为止,他发表的论文已被SCI检索论文引用168次,其中,他引121次,单篇论文被引用次数最高达52次,这在电气工程这一相对传统的学科里是相当不易的。他的理论研究成果主要在电力系统自适应控制方面,建立了一种有效的电力系统自适应控制机制,可以快速跟踪电力系统运行条件的变化、自动调整控制参数,大幅度提高控制系统的鲁棒性和电力系统的稳定性。这一理论研究成果得到包括国际自动控制大师、自适应控制创始人Bjorn Wittenmark教授在内的国内外同行的充分肯定,发表的学术论文被国际学术同行广泛引用,成为该领域的主要参考文献之一。他的这一成果已被世界著名的电气设备制造公司ABB和国内电力设备制造厂用于生产实践。在评价程时杰教授所取得的这一成果时,我国电气工程界的一位著名的专家认为是"一项国际领先"的成果。

在电力行业中,一项科研成果要想得到工业界的认可,非常不容易。由于电力系统在国民经济和人民生活中占有特殊重要的地位,稍有不慎,造成的损失都是难以估量的。也正因为如此,电力部门接受新事物相当困难;再加上我们国家管理体制长期形成的条块分割,更增加了电力科研成果向实际应用转化的难度。为了使理论研究得到实际应用而走向双赢,程时杰带领他的课题组再次向困难挑战,他不辞劳苦带领课题组成员多次到汉川电厂、湖南省电力局、葛洲坝电厂等单位介绍自己的新成果。经过不懈的努力,他们的几项科研成果在这些单位分别得到使用,并收到了很好的实效。

——利用GPS、EMS(能量管理系统)中有关信息所开发的电网稳定监控装置已成功用于湖南电力系统、华中电网、河南电网、葛洲坝电厂、小浪底电厂等枢纽电力系统;

——结合最优控制和人工智能原理研制出的高性能发电机励磁控制装置已在包括葛洲坝电厂在内的许多国内大型发电机组中得到推广使用,获得了巨大的经济效益和社会效益;

——采用人工智能领域的最新成果,研

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