在2008年度國家自然科學獎的獲獎名單中，一個來自清華工科院系的項目在34項獲獎項目中頗為引人注意：這就是由清華大學電機系盧強院士領(lǐng)導的科研團隊所完成的項目——《電力大系統(tǒng)非線性控制學》。

盧強院士發(fā)言

    該項目創(chuàng)立了電力大系統(tǒng)非線性控制學科體系，解決了電力大系統(tǒng)中長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，提出了我國電氣工程若干重大技術(shù)科學問題的控制方法。基于該理論突破的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型發(fā)電機組非線性勵磁控制器和水輪機調(diào)速非線性控制器也隨即問世，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)濟效益。由于其成果顯著的原始創(chuàng)新性和開拓性，使得該項目在國家自然科學獎評審時從眾多來自數(shù)理科學的科研成果中脫穎而出，獲此殊榮。

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

    長達二十余年的研究歷程、二十余名清華師生的不懈追求——來之不易的獎勵的背后，不僅是對該課題重大科學意義和杰出學術(shù)水平的肯定，更是對研究者孜孜以求的科學精神的鼓勵和褒揚。

    “頂天立地”的奮進目標

    自1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應定律、次年皮克西制造出世界上第一臺發(fā)電機以來，人類試圖駕馭電力系統(tǒng)的努力就從來沒有停止過。隨著現(xiàn)代科技的進步，人類對電力系統(tǒng)的依賴程度也達到了驚人的程度——頻率的一個閃動會在工廠里造成廢品，一次短暫停電造成的損失甚至不亞于一場大地震。如何保障電力系統(tǒng)的安全運行，成為現(xiàn)代社會面臨的一大科技問題。

    2003年8月14日，美國、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”停電對美國和加拿大國內(nèi)生產(chǎn)總值造成的損失估計在每天250億到300億美元之間。

    2004年，盧強院士在接受《科技日報》采訪時說：“決不讓美、加大停電事故在我國重演。”

    盧強認為，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)本身缺乏防范災難性事故的實時自動調(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問題至今尚未解決——由于電力系統(tǒng)內(nèi)部和外部環(huán)境具有的復雜性、多樣性和諸多難以預料的因素，電力大系統(tǒng)天然就是高維復雜的非線性系統(tǒng)，這使得該系統(tǒng)的控制問題成為世界性難題。

    另外一方面，我國電網(wǎng)能耗較大，降低能耗勢在必行——如能在先進的優(yōu)化運行理論指導下，僅將網(wǎng)損降低兩個百分點，則每年可節(jié)電400億度，約相當于年節(jié)煤2000萬噸并大大降低了相應的污染。

    為此，盧強帶領(lǐng)的科研團隊始終將實現(xiàn)電力大系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟綜合優(yōu)化運行作為科研目標，著力探究電力大系統(tǒng)的控制理論。

    改革開放以來，在實現(xiàn)電力大系統(tǒng)的最優(yōu)控制這一主旋律下，團隊的科研重點可分為三個階段：電力系統(tǒng)線性最優(yōu)控制、考慮諸多復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。這三個階段在難度和高度上呈現(xiàn)層層遞進的關(guān)系，標識出研究者不懈攀登的足跡。

    縱觀團隊的科研思路，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題，將關(guān)鍵性的工程問題進行科學抽象，提煉出理論問題，建立起相應的數(shù)學模型，然后采用嚴格的數(shù)學方法進行分析、求解。盧強從不把所取得的理論成果看成研究的終點，而是將其視為另一個起點——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”的科研目標產(chǎn)生的，是新的學科理論及其向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的成果。盧強帶領(lǐng)科研團隊在《電力大系統(tǒng)非線性控制學》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)的開創(chuàng)性代表作；中文核心期刊他引2500余次。傳統(tǒng)工程學科領(lǐng)域的科研能夠取得如此突出的學術(shù)成就的，并不多見。

    同時，該項目的成果在實際應用中也展現(xiàn)出美好的前景：根據(jù)所創(chuàng)立理論并在國內(nèi)電力企業(yè)的大力支持下，研制成功了大型發(fā)電機組非線性勵磁控制工業(yè)裝置，以及面向三峽電站的大型水輪發(fā)電機組水門開度非線性控制器樣機和超導儲能非線性控制實驗裝置。其中非線性勵磁控制裝置已正式投入東北白山電廠30萬千瓦機組運行，驗證了理論的正確性并取得了顯著安全和經(jīng)濟效益，突破了美國通用電氣公司的常規(guī)勵磁控制對我國發(fā)電行業(yè)的長期壟斷。

    在盧強的帶領(lǐng)下，科研團隊踐行著“用最新、最先進的理論和方法來解決人類需要但尚未解決的問題”的科研準則。

    嚴謹求真的科學