构筑国家电网安全防线——记国家科技进步奖一等奖获得者、中国电力科学研究院电网安全与节能国家重点实验室主任汤涌

□ 户 万 吴 彪

专家简介：

汤涌，工学博士，1959年9月生，福建周宁人。1982年毕业于福州大学，1984、2002年分别在中国电力科学研究院获工学硕士、博士学位。现任中国电力科学研究院电网安全与节能国家重点实验室主任，教授级高级工程师，博士生导师，中国电机工程学会会士，IEEE高级会员，CIGRE会员。

长期从事电气工程的科学研究，主攻电力系统及其自动化学科方向，在电网仿真分析和安全防御领域做出重要贡献。发表EI/SCI论文160余篇、专著6部，授权发明专利52项，编写国标/行标7项。以第1完成人获国家科学技术进步奖一等奖1项、省部级科学技术奖一等奖5项、中国专利优秀奖2项。

享受国务院政府特殊津贴专家，首批新世纪“百千万人才工程”国家级人选，中国科学技术协会首批全国电力系统及其自动化学科首席科学传播专家，中国电力科学技术杰出贡献奖获得者。

假如生活没有了电，在《突然失明——人类历史上灾难性大停电纪实》一书中，作者给出了这样一个发人深省的假设。

是的，或许对当今生活稳定特别是生活在大城市的老百姓来说，这个问题似乎已经离他们很遥远，但细思极恐，停电带来的影响远超出我们的想象！地铁停运、航班取消、金融交易停止、伤者无法救治、高温致死、社会骚乱……没有了电，人间或成地狱!而这一切并非耸人听闻！

在现代社会，电对一个人，对一个国家的重要性不言而喻。当电网越织越广，万家灯火、光热灿烂、工厂林立……有谁会关注到背后，有这样一群人在默默地为电网运行构筑着安全防线。2016年度国家科技进步奖一等奖获得者、中国电力科学研究院电网安全与节能国家重点实验室主任汤涌就是他们的带头人。

天地之功不可仓卒艰难之业当累日月

——厚积薄发迎突破

机会是留给有所准备的人，这句话，放在汤涌的身上再合适不过。但让人深感意外的是，他与电网结缘，其实是误打误撞。

汤涌与很多同年代的人一样，改革一生春雷，给了他用知识改变命运的机会。在时代变革的关口，他被福州大学电力专业录取，从此与电结下了深厚的情缘。之后又凭借优异成绩一路攀登更高峰，考取中国电力科学研究院研究生，并最终留在了这里。在这家建院60多年的国内外知名电力科研机构里，他一步一步从一名普通的科研人员成长为院总工程师、电网安全与节能国家重点实验室主任。

从20世纪80年代进入中国电力科学研究院至今30余年，30余年风雨征程，万丈高楼平地起，正是在摸爬滚打的过程中，让汤涌最终与电力系统仿真技术与软件开发、电力系统运行分析、电力系统稳定控制等研究结缘。最初考入中国电力科学研究院的时候，他就跟随导师学习互联电网稳定性分析，在他正式投入工作的时候，正好院里开始引进吸收国外先进的软件，在这方面急需人才。机缘巧合之下，汤涌在中国电力科学研究院工作的头10年一直在从事软件开发研究工作，也正是这10年，让他对电力系统的稳定机理和仿真分析技术有了深刻的理解，为他之后的理论研究和工程实践积累了丰富的经验，解决电网安全领域的诸多关键问题打下了坚实的基础。

大停电是现代人的噩梦。近十几年来，美国、印度、巴西、欧洲等国家和地区相继发生了大面积的停电事故。这些事故给社会和经济带来了巨大的损失。2012年7月30日，印度遭遇大面积停电事故带来的影响令世界震惊，全国近一半地区的供电出现中断，影响约6亿人口用电。

作为世界上最大的发展中国家，我国无论是输电规模、输电距离还是电压等级均居世界第一。而远距离大容量输电、重要负荷中心大比例受电是我国电网的基本特征。这些重大停电事故发生在中国将会怎样？因此，如何保障关键输电断面安全运行，提升负荷中心动态电压支撑能力，避免大停电发生，对于保障我国能源安全和国家安全极为重要。

带领团队开展研究工作

从1998年开始，汤涌率领团队针对这一世界难题，展开了系列攻关：1998年3月，承担了国家电力公司科技项目“电力系统分析软件的开发”，开始开展互联电网动态全过程建模与仿真技术方面的研究；2004年9月，承担了原国家重点基础研究发展计划“973计划”课题“电力受端系统的动态特性及安全性评价的基础研究”项目，开展受端电网多时间尺度电压稳定评估与控制技术方面的研究。2005年3月，由汤涌主持的国家自然科学基金重大项目课题“电力系统动态安全分析的广域建模和仿真理论与方法”启动，宣告电力元件广域建模和仿真理论方法的研究正式开展；2010年3月，“三华同步电网联络线功率波动特性研究”启动，正式开展输电断面动态功率分析与控制技术研究。这些项目在2012年年底前，均顺利通过验收，14年的努力终于收获成果。

程式语的固定及半固定的特征使得英语学习者在辨认和使用它的时候能从整体上来学习和记忆这类语言。程式语能提升说话者的流利性，促进实时交流的进行，并减少对工作记忆的负荷。程式语的使用频率高于控制短语成分单词间的过渡概率（transitional probability）大于非程式语单词间的过渡概率，这种高频性和高过渡概率将导致程式语可预测性的增力。受试在加工程式语的部分单词后就能准确预测其剩余部分，进而缩短了加工时间，程式语的加工速度得到了提高(李更春，2017)。

十年磨一剑，砺得梅花香。多年的努力付出终于换来了一个又一个创新成果，汤涌联合多个团队在这系列基础之上开展了“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”研究项目，并借此项目攻克了一系列互联电网安全稳定运行领域面临的诸多难题。项目形成了世界首个互联电网动态过程安全防御技术体系，揭示了输电断面功率波动和振荡的机理，攻克了功率波动峰值预测、振荡性质辨识、扰动源定位和功率控制4项难题；提出了电网主导失稳模式辨识方法，研制出电压稳定全过程防控系统，提出了国家电网动态电压支撑能力提升方案，大幅提升了电网电压稳定水平；研发出世界首套“毫秒级—秒级—分钟级”统一仿真的电力系统全过程动态仿真软件，实现了数十分钟乃至数小时动态过程的准确仿真，为分析确定关键输电断面和电压失稳风险区域提供了必要手段，可以说，项目产生的每一项成果都极富创新性，且每一个创新点都解决了一线应用过程中面临的重大安全难题，总体达到国际领先水平。

2017年1月9日，一年一度的国家科学技术奖励大会在北京举行。党和国家领导人习近平、李克强等出席大会并为获奖代表颁奖。由汤涌领衔的“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”研究项目喜获2016年度国家科技进步奖一等奖（汤涌是第1完成人）。这是党和国家对他们成绩的充分肯定，更是一种鞭策。

值得一提的是，除了带领团队获得2016年度国家科学技术进步奖一等奖之外，30多年来，汤涌作为第1完成人，先后荣获北京市科学技术奖（技术发明类）一等奖1项、中国电力科学技术奖一等奖2项，中国电工科学技术奖一等奖2项，中国专利优秀奖2项；发表论文220余篇，出版专著5部（第1作者）；获授权发明专利52项；编写国标、行标7项。

因其在专业领域的突出贡献，汤涌1995年获国务院政府特殊津贴，2004年入选首批新世纪“百千万人才工程”国家级人选，并被评为国家电网公司优秀青年科技专家，2011年入选首批国家电网公司十大科技领军人才，2013年入选中国科协首批全国电力系统及自动化学科首席科学传播专家，2016年获中国电力科学技术杰出贡献奖。

“天地之功不可仓卒，艰难之业当累日月。”成功的背后，总是饱含艰辛汗水和埋藏着一些鲜为人知的故事。30余年风雨兼程，将每一段经历细心积累的经验、感悟都凝练、升华，转化为自身的财富。

勇于创新见微知著善于总结融会贯通

——攻关路上结硕果

创新地提出了系列电网仿真算法、软件和建模技术, 解决了大电网非线性刚性微分—代数方程组（DAE）求解不收敛和计算效率低的难题，首次实现了交直流互联电网多时间尺度动态全过程仿真；研发了精细化的电网元件模型，建立了精细化的国家电网仿真模型参数库，保证了仿真模型参数的准确性、可靠性；

揭示了互联电网联络线功率振荡和波动机理，建立了强迫功率振荡理论，阐明了强迫功率振荡与负阻尼低频振荡在物理本质上的区别，发明了快速辨识两种振荡和扰动源定位的有效方法；

提出了受端电网电压稳定理论判据和防控策略，建立了电压稳定评价标准，研制成功电压稳定全过程防控系统，有效提高了受端电网安全稳定水平；

…………

互联电网联络线功率振荡和波动是电网互联后面临的威胁电网安全稳定运行的一个重要难题，阐明其机理显得尤为重要。此前输电断面随机型功率波动峰值预测依赖经验公式，精度低；冲击型功率波动峰值预测依赖仿真，耗时长、对模型参数精度要求高。揭示不同类型功率波动和振荡的机理，找出主导因素并及时采取针对性控制措施难度很大又是迫切需要的。

针对这一难题，已经有很多课题组先后开展了系列攻坚，但问题仍然得不到根本解决。汤涌及其团队立足坚实的理论基础和多年的实践经验，综合运用各方面知识融汇贯融，最终得出了一系列巧妙解决的方法，揭示了联络线功率波动的机理：提出了随机波动峰值概率预测方法，与经验公式相比，最大误差由30%减少到3%；首次发现了随机功率波动峰值、频率与输电能力之间的双指数对应规律，提出了计及随机功率波动的输电断面运行限额计算方法，填补了国际空白；发明了基于能量传播三阶段理论及主导振荡模式线性化的冲击型功率波动峰值快速预测方法，突破了通过仿真计算波动峰值需要全网参数的限制，仅需4个参数，耗时由单个算例10～20秒减小到整体0.1秒；发明了利用扰动曲线极大值一次、二次差分符号快速辨识强迫振荡和负阻尼低频振荡的方法，突破了依靠经验辨识两种振荡模式时难辨识、耗时长的局限，7～10个起始振荡周期内即可准确辨识振荡性质。

创新有时候看似很容易，它往往在思考过后的一瞬间灵光闪现；创新很多时候又显得很难，因为它常常隐藏于很多看似平常的事物中，不容易被人察觉。对汤涌来说，他创新的“利器”就是多年沉淀基础之上的融会贯通，透过现象看本质。正是将这其中涉及的自动控制、功率扰动以后的功率分配等各种知识综合运用起来一起解决问题，让他迎来了最终的柳暗花明。

“与很多其他学科领域的科学试验不一样，电网的运行是不能中断的，不可能在实际电网中进行破坏性试验验证；互联电网规模巨大，不能实现物理模拟，只有通过数字仿真或数模仿真，才能掌握互联电网特性，验证理论分析和安全防御策略的准确性，为电网提供定量决策支持。”这是汤涌多年坚持这一领域方向的初衷，在他看来，国家电网的正常运行事关国家经济、人民生活稳定，容不得有半点不谨慎。“互联电网的实际故障过程会很快，几秒钟就面临崩溃。”凡事都要想在前头，多几种准备，小心行事。在他的脑海里，唯一一次在实际电网中做500kV三相短路大扰动验证，以验证仿真计算的准确性，由他担任技术组组长，动用了国家电网领域2000多人来协调配合完成现场试验，外国专业人士都说“中国人疯了”，做这样的大扰动试验，但他们还是协同攻关共同完成了，这次试验体现出仿真对于电网安全稳定运行的重要性。”“见微知著，睹始知终”，是多年坚持在科研一线积累的真知灼见，让汤涌习惯了站在全局的角度去看问题，和汤涌身边的同事们一起守护电网一路平安。

做事业不但要从实践中来，到实践中去，更要敢于创新、见微知著、善于思考、乐于总结、融会贯通……将一路在实践中总结的经验不断凝练升华，汤涌这才有了今天的收获。

同心聚力构筑安全防线怀抱梦想搭建安全屏障

——情牵事业开拓未来方向

当夜幕降临，璀璨的灯光让黑暗消失，光明走向千家万户，幸福了每一个家庭；当一座现代化的工厂拔地而起，绿草如茵的园林环境、日夜轰鸣的发电机，交织出一幅现代化工业的立体画面……投入电力事业30余年，汤涌用对事业的那份热情换来了鲜花和掌声，但最让他感到高兴也是他最看重的，还是看到自己多年科研所得，给中国电力科技创新发展、给人民带去的福利。

由汤涌牵头完成的2016年度国家科技进步奖一等奖项目“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”提出的联络线功率波动理论和计算方法首次成为调度运行方式计算的日常校核计算内容的基础，并应用于编制国家电网各级调度运行规程，振荡性质辨识及扰动源定位技术大大缩短了振荡事故分析时间。受端电网全过程电压稳定评估与控制技术大幅提升了我国电网电压稳定水平，动态电压支撑能力提升方案应用于我国5大区域电网、22个重点输电工程。如今全过程动态仿真软件成为我国电力规划设计单位、电网调度运行部门、科研院校的基础仿真工具，完成了全国2600余台发电机控制系统、5大区域电网负荷站点的精细化建模，建立了国家电网仿真计算数据中心，实现了国家电网数十分钟乃至数小时动态过程的准确仿真……

项目成果广泛应用于全国34个省级及以上电网规划调度运行及高校科研教学中，大幅提升了关键输电断面输电能力及受端电网电压支撑能力，降低了大停电的风险。成果还应用于葡萄牙、巴西、印度尼西亚、菲律宾等国家电网的安全分析中，大幅提升了我国在相关领域的国际影响力。

长期从事电力系统仿真分析理论和稳定控制技术研究，汤涌接连在仿真算法、建模和软件开发、互联电网稳定性理论研究与工程应用等领域取得了系统性、创造性的学术成就。这些创新成果发展和指导了我国电力系统仿真分析和稳定控制的理论和实践，为筑牢我国电力系统安全稳定防线，确保我国跨区交直流互联电网的安全运行、防止发生大面积停电事故提供了坚强的技术支撑，具有重要的意义。

“将科技成果搬下高阁，飞入寻常百姓家”，国家电网20多年来没有发生大面积停电事故，从基础理论到仿真分析到运行控制，都有一套完整的基础在支撑。这里面，就有汤涌和他的团队的一份贡献。虽然所做并不一定为人所熟知，但汤涌一直为自己的工作能给千家万户带去持续的光明而深感自豪和骄傲，这源于一份探索的乐趣，无论遇到什么困难都乐在其中；更源于这份事业，惠国惠民，带给自己满满的成就感。

如今，他正将这份成就感带动更多志同道合的人。一个人走得快，一群人走得远。对人才的培养、团队的管理，汤涌一直都很重视。“互联电网动态过程安全防御关键技术及应用”研究项目通过14年的攻关，培养了新世纪“百千万人才工程”国家级人选1人、国务院享受政府特殊津贴专家2人、中国电机工程杰出青年工程师1人、北京市科技新星1人，国家电网公司科技领军人才1人、专业领军人才3人，培养博士23人，博士后13人。

自2015年从院长手中接过电网安全与节能国家重点实验室主任一职以来，汤涌尽力把自己对事业的那份热爱，多年凝练的经验带动团队一路成长。在前不久国家科技部对国内99家企业国家重点实验室进行的评估中，电网安全与节能国家重点实验室在能源领域参与评估的14个实验室中脱颖而出，斩获了该领域唯一的优秀。

作为中国电力科学研究院博士生导师；清华大学、华中科技大学、天津大学、山东大学、北京交通大学等高校兼职博士生导师；同时还兼任《中国电机工程学报》主编、全国短路电流计算标准化委员会主任委员等职，这些年来汤涌在致力将经验与年轻人分享的同时，带动更多的人来为这份事业献策献力。

“未来，新能源与传统电网融合之后，与其安全性的预判和控制相配套的一系列软件系统开发；还有电力系统人工智能仿真分析等都是我们要探索的方向，我们团队申报的‘基于数字仿真的大电网人工智能分析方法研究’项目成功入选国家自然科学基金委NSFC-SGCC智能电网联合基金重大研究计划（集成）项目，将与哈尔滨工业大学、浙江大学和华中科技大学等多学科交叉的团队开展联合探索……”为国家电网构筑安全防线，为百姓用电搭建安全屏障，怀抱共同的志向理想，从应用需求出发，扎实探索，汤涌带领他的团队将再次扬帆起航。