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陈皓勇:为了祖国的电力与能源科技事业

时间:2020-03-13来源:未知 作者:admin点击:
一分汗水一分回报,一分努力一分收获。陈皓勇在电力系统科研领域虽已收获了硕果累累,但他并没有满足和骄傲,反而更多的是鞭策和鼓励。他说,未来电力与能源发展更快,挑战更

  一分汗水一分回报,一分努力一分收获。陈皓勇在电力系统科研领域虽已收获了硕果累累,但他并没有满足和骄傲,反而更多的是鞭策和鼓励。他说,未来电力与能源发展更快,挑战更多,面对电力与能源科技奔涌的时代大潮,他仍将一如既往地追寻着更高的梦想

  近日,国家自然科学基金委公布了2013年度国家自然科学基金资助项目名单,华南理工大学电力学院教授陈皓勇成为该校新增的4位国家优秀青年科学基金获得者之一。陈皓勇教授表示,这是对其科研工作最好的支持和肯定。

  陈皓勇与电力科研事业结缘的近20年里,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。他主持过国家自然科学基金、国家社会科学基金、“863”计划和教育部科学技术研究重点项目等多项国家与省部级科研项目。近年来发表SCI、EI 论文近100篇,所发表论文被国内外电力系统、人工智能、经济管理和量子物理等不同领域的科研人员引用1500余次,研究成果在我国电力行业得到广泛应用,取得了良好的经济和社会效益。他曾获教育部2008年高等学校科学研究优秀成果奖自然科学奖一等奖。英文专著Power System Optimization: Microeconomics-inspired Approaches 近期将由国际权威出版社约翰威利父子出版公司出版,部分研究成果将在其中集中反映。

  1990年9月,陈皓勇考入西安交通大学少年班,成为当时西安交通大学通过自主命题、独立招生在全国范围内选拔的29名学生之一,从此在西安交通大学学习、工作长达16年。在西安交通大学的图书馆门口,有一座钱学森的高大塑像,在那里,陈皓勇种下了此生与科学研究相守的理想“种子”。每当遇到困难,科学巨匠的奋发精神总激励他前行。

  1992年9月,陈皓勇怀揣奉献电力科学事业的心愿,以优异成绩自主选择了本校电力系统及其自动化专业,也找到了开启人生理想的钥匙。1994年通过班主任介绍结识了刚从日本归国的著名电力系统学者、中国科学院院士王锡凡,从此跟随王锡凡学习、工作长达12年,为他严谨治学、低调为人的精神所深深感染。正是在王锡凡的引领之下,陈皓勇真正跨入了电力科学的大门。1995年,陈皓勇以优异成绩保送为王锡凡的研究生,从事电力系统优化调度、优化规划和电力市场等领域的研究,高质量地完成了博士学位论文,也奠定了日后科研工作的基础。2000 年6 月,他博士毕业并留校任教,开始了教学科研的生涯,除担任专业主干课《电力系统分析》等的教学工作外,还作为主要研究人员参加了王锡凡所主持的国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)等一系列国家重点项目,并且自己也主持了国家自然科学基金青年基金项目、国家社会科学基金青年基金项目等国家级项目,参编了《电力市场基础》新教材,取得了丰硕的成果。

  2006年12月,陈皓勇带着出去闯一闯的想法,受聘为华南理工大学“百人计划”杰出青年教师。在这里又得到了中国工程院李立浧院士等老一辈电力科学家的关心和支持。除继续前沿理论研究外,更找到了科研成果的良好应用平台。在华南理工大学,陈皓勇除继续担任《电力系统分析》的教学工作外,还创造性地开设了《电力市场概论》、《电力经济与管理导论》等一系列新课程,承担了国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划(“863”计划)重大专项(子题)、教育部科学技术研究重点项目等一系列国家和省部级重点项目,并且获得了教育部“新世纪优秀人才”称号。陈皓勇还承担了南方电网有限责任公司、广东电网公司等企业的一系列重点项目,促进了科研成果的实际应用。

  广东省既是能源消费大省,也是能源技术产业大省,其能源产业在我国能源产业中占有举足轻重的地位。广东省的能源消耗量位居全国前列,但能源资源贫乏,对外依存度高,面临经济发展和环境保护的双重压力,能源安全与有效利用已成为制约广东经济社会可持续发展的瓶颈。立足于这种现实,陈皓勇拓展学科领域,融合华南理工大学电力和能源相关学科的优势,先后参与了“能源研究院”、“新能源与环境协同创新中心”等的筹建,也翻开了个人事业的新一页。

  身处改革开放的前沿,陈皓勇仍然不忘母校,和西安交通大学电力工程系保持着长期和紧密的科研合作,联合申请了国家重大项目,和王锡凡等共同获得教育部高等学校科学研究自然科学奖一等奖,即将进一步拓展海上风电等领域的科研合作。

  作为国内电力系统规划、运营与控制领域的专家,陈皓勇在科研上有着严谨的科学态度和力求卓越的学术精神。他特别重视交叉学科发展和基础前沿研究,在国际上首次提出电力系统机组组合的协同进化算法等人工智能算法,并将其推广于电力系统规划、运行和电力市场决策等多个领域;系统地研究了博弈论方法在电力市场和电力系统中的应用问题,在基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真方面取得一系列研究成果,并在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协同控制领域,开拓了基于博弈论的电力系统协同控制新方向;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行业得到广泛应用。此外,他还在能量网络理论、智能电网信号处理等领域奋勇开拓。

  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,生态系统中多个物种相互作用,共同进化,从而使整个系统不断演进。将应用领域待求解的问题映射为生态系统,以生态系统的进化来达到优化问题求解的目的。协同进化算法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一种基础算法。陈皓勇首次提出电力系统机组组合问题的协同进化算法,引起国内外广泛关注,外界普遍认为该方法作为传统进化算法的扩展,具有解决更复杂问题的能力。他将“协同进化算法”拓展应用于电力系统的无功优化问题,通过种群划分和协同进化来实现无功分区优化和各区域之间的协调,能快速求取高质量的优化解,并已获得国家发明专利。他将协同进化算法应用于寡头垄断电力市场的模拟和分析,对Cournot(古诺)模型和SFE(供给函数均衡)模型分别进行了深入研究,开辟了基于协同进化计算的电力市场建模的新方向,并在国际权威期刊上发表了系列论文。此外,陈皓勇还在国内率先将协同进化算法应用于电网规划,建立了输电系统规划的多目标高维随机优化模型和算法,为电网规划提供了新的手段。陈皓勇的研究成果得到国际上电力系统、人工智能、经济管理等不同领域科研人员的广泛引用,直接跟进研究的包括:美国阿贡国家实验室、美国伊利诺理工大学、美国北卡罗来纳州立大学、约旦科技大学、雅典国家技术大学、澳大利亚悉尼大学、伊朗德黑兰大学、香港理工大学和华中科技大学等知名大学。

  在现阶段不断开放的市场环境下,电力系统中存在不同的利益主体,在规划和运行决策中通常以自身利益最大化为目标,传统的统一优化模型难以适用。作为一类先进的数学工具,博弈论通过建立电力系统中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:提出了运用多项式方程系统求解电力市场均衡的方法,在国际上首次形成了基于实验经济学的电力市场博弈分析系统理论和方法,在国际上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问题。这些研究工作得到国际同行的一致认可,被意大利都灵理工大学、西班牙卡斯蒂利亚拉曼查大学和美国惠普实验室的多个权威学者所引用。特别美国惠普实验室首席科学家Kay-Yut Chen在国际量子力学领域权威期刊Quantum Information Processing所发表的论文中大段引用陈皓勇关于实验经济学的研究工作,并与自己课题组的工作进行了比较,而Nature杂志则专文报导了Kay-Yut Chen所做类似工作及相关的量子博弈论(quantum game theory)的巨大发展前景。这项研究在工程科学和基础科学之间架起一座桥梁。另一方面,从工程角度来看,电力系统包含大量分布式控制器,在智能电网的发展过程中,将引入更多的新型控制器。这些控制器作用于不同层面,控制目标相互独立,甚至存在冲突。制订控制策略时若不进行协调,则可能导致各方相互牵制、抵消,背离控制目标。基于这种考虑,陈皓勇首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想。不同于传统的单主体控制,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,更贴近于多控制器协调问题的本质。在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协同控制,以解决多个控制器动态协调的难题,基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究已获得国家自然科学基金资助。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。

  电力系统作为典型的分布式大系统,其规划和运行中的很多优化问题都是大规模、离散、非线性的,用常规的方法很难求解。陈皓勇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模型和算法,发展了基于多目标(协同)进化算法的输/配电网规划;在电力系统优化调度方面,除提出机组组合问题的协同进化算法外,在国际上较早地提出基于鲁棒优化思想的多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合模型和算法,研究了基于退火选择遗传算法和内点法的含整数变量最优潮流,建立了基于协同进化计算的配电网重构算法;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,研究了基于退火选择遗传算法的配电网多时段无功/电压控制等问题。特别在电源规划方面,陈皓勇和王锡凡合作,建立了考虑发电厂位置及输电线路投资的多节点电源发展规划模型,在三峡工程动能经济论证的主要工具JASP的基础上,提出基于改进拉格朗日松弛法和随机生产模拟的电源优化模型和算法。他在国内率先研究了多风电场并网条件下的安全约束机组组合问题,提出了描述间歇式能源功率不确定性的极限场景法,在保证预测场景最优的情况下,也能保证误差场景下调度方案的可行,奠定了鲁棒调度的基础。陈皓勇作为国际上鲁棒调度思想的首先提出者之一,在2012年IEEE 电力与能源学会年会上宣读了相关论文,引起与会者的热烈讨论。这些研究相继获得了教育部科学技术研究重点项目、新世纪优秀人才支持计划和国家高技术研究发展计划(“863”计划)重大专项和国家优秀青年科学基金的支持。

  针对电力系统学科应用性强的特点,陈皓勇不但注重基础理论研究,也十分关注研究成果的工程应用。所提出基于协同进化计算的电力系统无功优化方法已成为无功分层分区优化的基本方法;基于协同进化计算和实验经济学方法的电力市场研究成果已成功应用于“国家电力市场仿真系统”和“西北电力市场综合模拟系统”的开发,成为其核心技术,为我国电力市场交易机制设计提供了方法论基础和有意义的结论。所开发的高精度快速随机生产模拟算法曾应用于全国各大区域和重点省份电网的发电系统可靠性评估。关于电力系统优化调度与控制的研究成果也即将应用于海南岛国家智能电网示范工程建设。

  做科研就应当“顶天立地”,陈皓勇一面潜心基础研究,积极申请承担国家重大科研项目,竭诚科研成果的产出和应用;另一面,他与国外国内的知名大学和科研团队通力合作,研究水平基本与国际同步甚至领先。

  “在化石能源日薄西山、新能源将成为未来人类能源主体的情况下,中国如果能抓住这个机遇,就有望引领全球经济进入第三次工业革命。现在中国正面临着战略性抉择。”这是《第三次工业革命》一书作者、美国华盛顿经济趋势基金会主席杰米里里夫金接受记者采访时表示的。这也正是陈皓勇努力的方向。

  当前,智能电网(Smart Grids)作为支撑新能源发展的重要平台,已成为全球各国政府、企业和学术界所共同关注的热点,被认为是电力系统、可再生能源与信息通信技术的融合。在华南理工大学,陈皓勇联合电力系统、电力电子、信息通信和经济管理等多学科的研究力量,形成了智能电网与可再生能源领域的一支强大的研究团队,目前已有基础包括风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省绿色能源技术重点实验室和广东省风电控制与并网工程实验室三个国家和省部级重点实验室,有10余名教授、副教授与近100名博士、硕士研究生。同时与清华大学、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,努力攻克多类型新能源发电综合消纳的关键技术,即将于2014年在海南建成全国第一个新能源渗透率不小于15%的省级示范电网,并努力将海南电网打造成为世界一流的智能电网技术集成应用和示范展示平台。

  科研工作不是闭门造车,广泛的国际合作与交流更能促进科研的开展和进步。陈皓勇深谙此理,近年来积极地与国际同行密切合作。他曾于2004年4月至2005年2月在香港理工大学任副研究员,2007年2月至2007年5月在香港理工大学任访问教授,2008年7月至2008年8月在澳大利亚昆士兰大学任访问教授,2012年12月至2013年1月在美国哥伦比亚大学任访问教授。特别与美国哥伦比亚大学电气工程系签有正式科研合作协议,通过教授互访、联合培养博士研究生、合作申请科研项目等方式,长期致力于智能电网的合作攻关。借助广东毗邻港澳的地域优势,陈皓勇也与香港理工大学、香港大学等保持着经常性交流与合作,充分利用香港作为学术国际化的理想平台。此外,陈皓勇与美国阿贡国家实验室、圣路易斯华盛顿大学等也保持着密切联系。

  陈皓勇也时常走出书斋,关注社会,作为华南理工大学电力经济与电力市场研究所所长,接受政府、企业和社会关于电力经济政策等方面的咨询。

  在电力系统科研领域虽已收获了硕果累累,但他并没有满足和骄傲,反而更多的是鞭策和鼓励。他说,未来电力与能源发展更快,挑战更多,面对电力与能源科技奔涌的时代大潮,他仍将一如既往地追寻着更高的梦想

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