在2008年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)名單中，一個(gè)來(lái)自清華工科院系的項(xiàng)目在34項(xiàng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中頗為引人注意：這就是由清華大學(xué)電機(jī)系盧強(qiáng)院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)所完成的項(xiàng)目——《電力大系統(tǒng)非線性控制學(xué)》。

盧強(qiáng)院士發(fā)言

    該項(xiàng)目創(chuàng)立了電力大系統(tǒng)非線性控制學(xué)科體系，解決了電力大系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在的非線性最優(yōu)控制和非線性魯棒控制的理論難題，提出了我國(guó)電氣工程若干重大技術(shù)科學(xué)問(wèn)題的控制方法。基于該理論突破的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型發(fā)電機(jī)組非線性勵(lì)磁控制器和水輪機(jī)調(diào)速非線性控制器也隨即問(wèn)世，該類設(shè)備可提高功率輸送極限15%以上，既提高了系統(tǒng)的安全性，也具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由于其成果顯著的原始創(chuàng)新性和開(kāi)拓性，使得該項(xiàng)目在國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)評(píng)審時(shí)從眾多來(lái)自數(shù)理科學(xué)的科研成果中脫穎而出，獲此殊榮。

    該項(xiàng)目的帶領(lǐng)者盧強(qiáng)院士在電力系統(tǒng)非線性控制領(lǐng)域的杰出工作，使他成為國(guó)際上公認(rèn)的該領(lǐng)域的開(kāi)拓者和奠基人。2003年，由于他在最優(yōu)控制領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，盧強(qiáng)當(dāng)選為IEEEFellow，這是國(guó)際電氣與電子工程界的最高榮譽(yù)之一。2006年，更由于他在“非線性控制領(lǐng)域的顯著貢獻(xiàn)和非凡的世界影響”，盧強(qiáng)當(dāng)選瑞典皇家工程科學(xué)院外籍院士。

    長(zhǎng)達(dá)二十余年的研究歷程、二十余名清華師生的不懈追求——來(lái)之不易的獎(jiǎng)勵(lì)的背后，不僅是對(duì)該課題重大科學(xué)意義和杰出學(xué)術(shù)水平的肯定，更是對(duì)研究者孜孜以求的科學(xué)精神的鼓勵(lì)和褒揚(yáng)。

    “頂天立地”的奮進(jìn)目標(biāo)

    自1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律、次年皮克西制造出世界上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)以來(lái)，人類試圖駕馭電力系統(tǒng)的努力就從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，人類對(duì)電力系統(tǒng)的依賴程度也達(dá)到了驚人的程度——頻率的一個(gè)閃動(dòng)會(huì)在工廠里造成廢品，一次短暫停電造成的損失甚至不亞于一場(chǎng)大地震。如何保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，成為現(xiàn)代社會(huì)面臨的一大科技問(wèn)題。

    2003年8月14日，美國(guó)、加拿大互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模停電。數(shù)據(jù)顯示，“8·14”停電對(duì)美國(guó)和加拿大國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值造成的損失估計(jì)在每天250億到300億美元之間。

    2004年，盧強(qiáng)院士在接受《科技日?qǐng)?bào)》采訪時(shí)說(shuō)：“決不讓美、加大停電事故在我國(guó)重演。”

    盧強(qiáng)認(rèn)為，這次特大事故的發(fā)生固然有其調(diào)度體制上的原因，但從科技角度看，則是美、加互聯(lián)電網(wǎng)本身缺乏防范災(zāi)難性事故的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)度控制系統(tǒng)所致。深究其原因，則是電力大系統(tǒng)的控制和調(diào)度方面的一系列重大科學(xué)問(wèn)題至今尚未解決——由于電力系統(tǒng)內(nèi)部和外部環(huán)境具有的復(fù)雜性、多樣性和諸多難以預(yù)料的因素，電力大系統(tǒng)天然就是高維復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，這使得該系統(tǒng)的控制問(wèn)題成為世界性難題。

    另外一方面，我國(guó)電網(wǎng)能耗較大，降低能耗勢(shì)在必行——如能在先進(jìn)的優(yōu)化運(yùn)行理論指導(dǎo)下，僅將網(wǎng)損降低兩個(gè)百分點(diǎn)，則每年可節(jié)電400億度，約相當(dāng)于年節(jié)煤2000萬(wàn)噸并大大降低了相應(yīng)的污染。

    為此，盧強(qiáng)帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)始終將實(shí)現(xiàn)電力大系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)綜合優(yōu)化運(yùn)行作為科研目標(biāo)，著力探究電力大系統(tǒng)的控制理論。

    改革開(kāi)放以來(lái)，在實(shí)現(xiàn)電力大系統(tǒng)的最優(yōu)控制這一主旋律下，團(tuán)隊(duì)的科研重點(diǎn)可分為三個(gè)階段：電力系統(tǒng)線性最優(yōu)控制、考慮諸多復(fù)雜因素的非線性最優(yōu)控制以及考慮外界干擾和內(nèi)部不確定性的非線性魯棒控制。這三個(gè)階段在難度和高度上呈現(xiàn)層層遞進(jìn)的關(guān)系，標(biāo)識(shí)出研究者不懈攀登的足跡。

    縱觀團(tuán)隊(duì)的科研思路，呈現(xiàn)出典型的“頂天立地”的特征：首先深入基層，了解電力工程界存在的問(wèn)題，將關(guān)鍵性的工程問(wèn)題進(jìn)行科學(xué)抽象，提煉出理論問(wèn)題，建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后采用嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析、求解。盧強(qiáng)從不把所取得的理論成果看成研究的終點(diǎn)，而是將其視為另一個(gè)起點(diǎn)——理論的結(jié)果最終還要“立地”，要研制出裝備，創(chuàng)造出效益。

    “頂天立地”的科研目標(biāo)產(chǎn)生的，是新的學(xué)科理論及其向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的成果。盧強(qiáng)帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在《電力大系統(tǒng)非線性控制學(xué)》的科研攻關(guān)中，出版專著3部（含1部英文專著），發(fā)表的SCI收錄論文他引200余次，其中不乏該領(lǐng)域內(nèi)的開(kāi)創(chuàng)性代表作；中文核心期刊他引2500余次。傳統(tǒng)工程學(xué)科領(lǐng)域的科研能夠取得如此突出的學(xué)術(shù)成就的，并不多見(jiàn)。

    同時(shí)，該項(xiàng)目的成果在實(shí)際應(yīng)用中也展現(xiàn)出美好的前景：根據(jù)所創(chuàng)立理論并在國(guó)內(nèi)電力企業(yè)的大力支持下，研制成功了大型發(fā)電機(jī)組非線性勵(lì)磁控制工業(yè)裝置，以及面向三峽電站的大型水輪發(fā)電機(jī)組水門開(kāi)度非線性控制器樣機(jī)和超導(dǎo)儲(chǔ)能非線性控制實(shí)驗(yàn)裝置。其中非線性勵(lì)磁控制裝置已正式投入東北白山電廠30萬(wàn)千瓦機(jī)組運(yùn)行，驗(yàn)證了理論的正確性并取得了顯著安全和經(jīng)濟(jì)效益，突破了美國(guó)通用電氣公司的常規(guī)勵(lì)磁控制對(duì)我國(guó)發(fā)電行業(yè)的長(zhǎng)期壟斷。

    在盧強(qiáng)的帶領(lǐng)下，科研團(tuán)隊(duì)踐行著“用最新、最先進(jìn)的理論和方法來(lái)解決人類需要但尚未解決的問(wèn)題”的科研準(zhǔn)則。

    嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)