吳應(yīng)清

隨著社會(huì)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，電力資源在社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中扮演的角色愈發(fā)重要。如何確保電力資源穩(wěn)定、高效的輸送成為影響國(guó)家發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。在信息時(shí)代的大背景下，被稱作“電網(wǎng)2.0”的智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。它建立于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法及決策支持系統(tǒng)技術(shù)等的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保和使用安全的目標(biāo)。

2015年，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局頒布了《關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》（發(fā)改運(yùn)行〔2015〕1518號(hào)），這是我國(guó)首次從國(guó)家層面明確了智能電網(wǎng)的概念內(nèi)涵、發(fā)展定位及重點(diǎn)領(lǐng)域等戰(zhàn)略問(wèn)題。而《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中也明確提出：“十三五”期間，我國(guó)將加快推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智能電網(wǎng)建設(shè)。國(guó)家需要就是科研工作的出發(fā)點(diǎn)。多年以來(lái)，上海交通大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“上海交大”）電子信息與電氣工程學(xué)院副研究員劉亞?wèn)|一直致力于輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與智能化、配網(wǎng)設(shè)備早期故障檢測(cè)與診斷領(lǐng)域的研究，立足實(shí)際需要，敢于突破常規(guī)，屢次大膽創(chuàng)新，最終研制出架空輸電線路智能化的關(guān)鍵技術(shù)及裝置，為中國(guó)智能電網(wǎng)的快速發(fā)展提供了有力支撐。

偶然結(jié)識(shí) 立志科研

興趣是最好的老師，有了它的指引，無(wú)論是學(xué)習(xí)還是工作，人們都會(huì)樂(lè)在其中，即使投入再多的時(shí)間與精力、面對(duì)再多的挑戰(zhàn)與挫折也都樂(lè)此不疲。“80后”的劉亞?wèn)|正是如此。原本學(xué)習(xí)電子信息工程專業(yè)的他，在一次偶然的機(jī)會(huì)下結(jié)識(shí)了高電壓技術(shù)，便被其深深吸引，從此改變了專業(yè)方向，甚至可以說(shuō)是改寫(xiě)了人生軌跡。

本科時(shí)就讀于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）的劉亞?wèn)|，有一次前往上海交大拜訪在那里攻讀博士學(xué)位的師兄，經(jīng)其介紹，他初次了解到了高電壓技術(shù)專業(yè)。“當(dāng)時(shí)就覺(jué)得這個(gè)專業(yè)挺好玩的，他做的東西我還比較感興趣，之后通過(guò)考研就過(guò)來(lái)了?！眲?wèn)|回憶道?？梢哉f(shuō)是興趣為劉亞?wèn)|打開(kāi)了科研探索的大門，并引領(lǐng)他走上了科研之路。

2007年10月，華東電網(wǎng)正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目的啟動(dòng)標(biāo)志著中國(guó)開(kāi)始進(jìn)入智能電網(wǎng)領(lǐng)域。此時(shí)的劉亞?wèn)|也已在上海交大開(kāi)始了高電壓技術(shù)領(lǐng)域的深入研究，敏而好學(xué)的他在這里完成了碩士、博士階段的學(xué)習(xí)，并順利開(kāi)展了博士后的研究工作。機(jī)會(huì)總是留給有準(zhǔn)備的人。博士后期間，成績(jī)優(yōu)異的劉亞?wèn)|得到上海交大海外師資儲(chǔ)備項(xiàng)目的支持，前往美國(guó)繼續(xù)從事該領(lǐng)域的研究?！澳抢锏目蒲协h(huán)境相對(duì)單純，我能用整塊的時(shí)間來(lái)系統(tǒng)地思考研究方向，包括我現(xiàn)在做的一些研究方向，其雛形基本上都是在那時(shí)形成的?！边@次海外工作的經(jīng)歷不僅開(kāi)拓了劉亞?wèn)|的視野，也為他日后的科研奠定了基礎(chǔ)。

立足實(shí)際 突破瓶頸

2011年，我國(guó)智能電網(wǎng)進(jìn)入全面建設(shè)階段，但諸如輸電線路的故障智能診斷、輸送容量的動(dòng)態(tài)評(píng)估及運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)估等問(wèn)題，制約了其快速發(fā)展。無(wú)限風(fēng)光在險(xiǎn)峰，如果能夠突破技術(shù)瓶頸，解決實(shí)際需要，將大力推動(dòng)中國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展。

在國(guó)家原“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和上海市科委等項(xiàng)目的資助下，上海交通大學(xué)、國(guó)網(wǎng)上海市電力公司等單位共同啟動(dòng)了“架空輸電線路智能化關(guān)鍵技術(shù)及裝置”項(xiàng)目。“輸電線路智能化有兩個(gè)最主要核心點(diǎn)，同時(shí)也是兩大難點(diǎn)：一是輸電線路發(fā)生故障后如何做到快速定位；二是如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增容以滿足用電高峰需求。這個(gè)項(xiàng)目就是要解決這兩大瓶頸。”劉亞?wèn)|詳細(xì)介紹說(shuō)。

紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行?！皩?duì)科研人員來(lái)說(shuō)，尤其是我們這種偏工程的專業(yè)，都需要以工程的實(shí)際問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)?！眲?wèn)|深有感觸地說(shuō)。在輸電線路故障定位的一次研究中，劉亞?wèn)|開(kāi)始認(rèn)為，故障定位存在一兩公里的誤差也沒(méi)關(guān)系，通過(guò)巡線就能解決。但當(dāng)和工程人員一起實(shí)地巡線后，他才發(fā)現(xiàn)野外山區(qū)的巡線困難重重?！澳谴窝簿€對(duì)我觸動(dòng)很大，讓我對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)也更加深刻?！贝撕?，他更加明白了故障精準(zhǔn)定位的重要性，開(kāi)始向這一難題發(fā)起挑戰(zhàn)。

為此，劉亞?wèn)|他們首創(chuàng)了分布式故障定位方法，將故障檢測(cè)裝置從變電站移至輸電線路上，就近提取故障電流行波，并通過(guò)多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)協(xié)同分析，大幅降低了定位誤差?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，分布式故障定位方法定位誤差小于300m的比例占94.7%，而傳統(tǒng)行波法定位誤差大于1km的比例占64.3%。并且根據(jù)故障行波的時(shí)頻特征對(duì)故障類型進(jìn)行判斷，將雷擊類型辨識(shí)的準(zhǔn)確率提高到96%。

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于電能的需求也迅速增加，原有輸電通道容量有時(shí)無(wú)法滿足需要。如何才能有效利用已建成線路的輸送能力呢？輸電線路動(dòng)態(tài)增容技術(shù)就是解決之道。作為智能輸電線路技術(shù)支撐系統(tǒng)的重要部分，它不僅能夠提高輸電設(shè)備的利用效率，還能幫助運(yùn)行人員更好地掌握當(dāng)前線路的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

“但當(dāng)輸電線路的輸送容量增加后，輸電線路就會(huì)往下垂，這就好像用繩子晾衣服一樣，衣服重量增加了，晾衣繩就會(huì)下彎?！眲?wèn)|形象地解釋說(shuō)。在桿塔高度一定的情況下，如果弧垂過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生安全隱患甚至造成對(duì)地放電等事故。

為此，劉亞?wèn)|他們針對(duì)單點(diǎn)—溫度測(cè)量值無(wú)法代表整條線路溫度的難題，從輸電線路的熱力學(xué)模型入手，發(fā)明了基于張力和溫度穩(wěn)態(tài)參量的輸電線路熱穩(wěn)定容量評(píng)估模型，突破了熱穩(wěn)定容量評(píng)估方法粗放化的瓶頸；提出了基于Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多時(shí)間尺度熱穩(wěn)定容量預(yù)測(cè)方法和基于馬爾科夫—蒙特卡洛的增容運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，建立了增容運(yùn)行、N-1故障等不同工況下的運(yùn)行準(zhǔn)則。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，該方法可將輸電線路的輸送容量提高35%。

漫漫科研路，歷經(jīng)多年的政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，劉亞?wèn)|他們通過(guò)理論分析、關(guān)鍵技術(shù)研究、仿真試驗(yàn)測(cè)試、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，最終研制出了輸電線路分布式故障定位裝置、輸電線路動(dòng)態(tài)增容裝置、輸電線路綜合監(jiān)測(cè)裝置、故障錄波裝置和輸電線路狀態(tài)評(píng)估與故障分析系統(tǒng)5類智能化產(chǎn)品。劉亞?wèn)|作為負(fù)責(zé)人、第一完成人的“架空輸電線路智能化關(guān)鍵技術(shù)及裝置”項(xiàng)目也因其原始創(chuàng)新性和實(shí)用性而榮獲2017年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。基于劉亞?wèn)|他們?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域取得的先進(jìn)成果，美國(guó)USi公司也主動(dòng)尋求合作。目前雙方已共同設(shè)立中美智能輸電聯(lián)合研發(fā)中心，并獲得中國(guó)科技部和美國(guó)能源部?jī)蓢?guó)政府項(xiàng)目支持，他們將共同引領(lǐng)輸電線路智能化技術(shù)的發(fā)展。

值得一提的是，分布式故障定位技術(shù)已入選中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)遴選的2016年電力新技術(shù)目錄；動(dòng)態(tài)增容技術(shù)獲得以瑞典科學(xué)院、瑞典工程院、瑞士工程院和美國(guó)工程院四院院士Goran Andersson為代表的國(guó)際同行的認(rèn)可。“分布式故障定位與動(dòng)態(tài)增容技術(shù)，現(xiàn)已擁有標(biāo)準(zhǔn)的物資編碼，在我國(guó)已經(jīng)大面積推廣應(yīng)用。其中分布式故障定位裝置每年招標(biāo)的規(guī)模大概在10億元左右。”劉亞?wèn)|欣慰地說(shuō)道。

科技興國(guó)。未來(lái)，劉亞?wèn)|這位年輕學(xué)者還將在配電網(wǎng)故障檢測(cè)領(lǐng)域深入研究，繼續(xù)履行新時(shí)期下科研工作者的神圣使命，為中國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)獻(xiàn)出一份力。