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280万条源代码、5500个复杂预想故障的成功解决、三年零四个月的信息安全审查。
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2 S! ?$ O. C, P, L \6 n# c' H; f我国自主研发的电网自动电压控制系统首次输出美国的背后有着怎么扣人心弦的故事？15日，在京召开的“复杂电网自律——协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”科研成果鉴定会上，记者采访了项目负责人、清华大学电机系孙宏斌教授。
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自动电压控制系统引起美国关注$ x8 K& B, [' M# }& N# }2 m' \0 n/ g
; M. y3 |( C: V' \9 D0 R北美电网PJM曾是全球最大的区域电网公司，负责美国华盛顿区和东部13个州的电网安全运行和电力市场服务，总用电占全美的六分之一。2008年，孙宏斌意外地收到来自PJM寻求合作的电子邮件。7 f2 d3 V9 y& ^
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“引入自动电压控制系统是PJM实施智能电网的关键项目，他们曾与美国一流大学展开了长期合作，但是效果并不理想。”孙宏斌说。电的质量如何关键之一在电压质量。对电力系统而言，负荷经常发生变化，故障不可避免，要维持系统的电压安全，需要实时进行调节。以前各国都采取的是依靠人工分散控制的方法，不仅耗费巨大人力，还不利于从全局的角度协调整个电网的安全。国际上的美加大停电、希腊大停电等事故，都反映出电网系统的电压安全是世界性难题。
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/ |& H. q2 e6 L4 \9 ?早在1995年，攻读博士研究生的孙宏斌就参与到相关国家科技攻关项目中，开始了在该领域的不懈探索。2002年，团队成果在江苏电网成功运行，随后不断改进升级。
' b/ N% l( V& `; m( W国内的成功也引来了国际的关注。为了让该成果成功走出国门，孙宏斌做了充分准备。2008年大年初一，孙宏斌第一次来到PJM总部，与那里的专家进行面对面交流。但是交流一开始，孙宏斌就明显感觉到对方的忽视，“基本没人认真在听，他们大概认为中国人不可能解决这个世界性难题。”
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6 K5 S2 |) l' v C+ |& O* T3 F- f; P但随着讲解的深入，一个个有说服力的、来自中国工程应用现场的案例展示出来，孙宏斌渐渐感觉现场气氛明显变化，对方开始针对他的介绍展开了热烈讨论。当交流结束时，PJM的主管经理仍激动不已，立刻就带着他去参观了控制室，而这原本是需要提前一个月预约并经过安全审核才能进入的地方。- h- h2 Q8 X- T% Z- z1 {
& R/ ^8 E% R+ d3 T“闯关”5500个复杂预想故障
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进入实际合作的阶段，孙宏斌和他的团队立刻发现了难住美国教授的问题所在：PJM电网是拥有13000个节点、19000条支路的复杂大电网，按照美国电力市场机制的要求，引入自动电压控制系统后，不仅初始基态运行方式要更优，还要保证在5500个复杂预想故障发生后的运行仍然安全合格。5500个故障乘以13000个节点的规模，需要系统快速计算出来并用于决策和控制，如果完整建模这个非线性优化问题，根本无法直接求解，更谈不上用于实时控制。6 ?9 n+ v! R3 Y, W0 H, u
, C' x q1 l4 ?0 S& C% T“那段时间里，我们课题组每个人的脑袋里萦绕的都是这个问题，大家基本都是工作到凌晨，每当有点进展都会非常兴奋，经常通宵进行测试。”孙宏斌说。幸运的是，面对这个巨大的数学优化问题，大家最终想到了用博弈的方法。这需要有强大的优化计算和安全评估的计算能力，而这两点正是孙宏斌团队的优势，长期以来他们都在从事这两个领域的研究工作。当这个全新的思路确立之后，团队很快就将之实现了，并在此后申请了一系列美国和中国的专利。对此，PJM电网高级战略师Jianzhong Tong博士评价道：“美国一流大学的著名教授没有做到，清华教授做到了。”
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! ]0 d+ }# G" [& r" ^2 N三年零四个月的信息安全挑战
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# a( f: V+ O; ~. X* g$ L尽管在接下来的在线不间断测试中，孙宏斌团队也成功“闯关”，但是美国的大门并没那么容易打开，各种非技术因素的困扰还在持续。( e. J: ^, D% ^4 {7 Z) S( L
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由于PJM电网规模巨大，更涉及到美国首都电网的安全。孙宏斌的团队又面临着信息安全的挑战。美国联邦能源监管委员会（FERC）提出了对系统源代码进行安全扫描的不公平要求。经过4个月的第一轮扫描后，他们向孙宏斌团队提出了3000多个信息安全方面的问题，采用的软件安全标准十分严苛。尽管对拿到扫描结果感觉“崩溃和震惊”，但团队成员还是全力以赴，花了3个月的时间进行答复并做出适应性修改。“这样的安全检查共进行了三轮，总共历时三年零四个月，最终得以通过。”回忆当时的情况，孙宏斌仍难掩内心激动， 这一系列努力不仅使孙宏斌团队研发的成果成为美国电网第一个自动电压控制系统，也成为我国先进电网控制系统对美国的首例输出。随后，相关技术成果进一步推广到马来西亚国家电网和加拿大BC Hydro电网。
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