苦心孤诣 电力能源拓新路

　　当前，中国能源安全面临严峻挑战，能源安全问题是新时代我国经济发展所面临的重大课题。电力行业是关系国家能源安全、经济发展和社会稳定的基础性产业也是推动能源清洁转型的中心环节，为了保证电力系统运行的安全性、经济性和和环保性，复杂电力系统的规划、运行与控制一直是电力系统领域的研究重点，我国很多科研人员都在电力科学与工程领域进行辛勤耕耘。华南理工大学电力学院陈皓勇教授是其中的优秀代表之一。

　　长期以来，陈皓勇围绕复杂(大规模、随机性、混杂性、分布式、网络化)电力(能源)系统建模、分析、优化与控制的核心学术领域，主要研究方向包括电力系统规划、运行与控制，新能源发电与智能电网技术，电力经济与电力市场，综合能源系统与能源物联网等。他始终坚持“从0到1”的核心基础理论与方法的原始创新，在电力(能源)系统的多学科交叉研究(涉及电力系统、电力电子、热能动力、优化与控制、信息与通信、经济管理、人工智能等学科)方面开展了卓有成效的工作，并且同工程应用紧密结合，形成独立而特色鲜明的创新体系。他的前沿研究成果服务国家重大战略需求，促进学科新方向的形成，支撑政府部门决策，被业内称为“电力技术发展的风向标”。

　　矢志不渝，收获硕果累累

　　1975年，陈皓勇出生于湖南岳阳。年少时，他求知若渴，刻苦学习，1990年考入了西安交通大学少年班，1992年就读该校电力系统及其自动化专业，从此与电力科学就结下了不解之缘。从那时起，年仅17岁的陈皓勇便确立了人生目标，电力科学成为了他毕生的科研方向。

　　1994年，陈皓勇结识了我国著名电力系统学者、中国科学院院士王锡凡教授，后者严谨治学的精神深深感染了他。1995年，陈皓勇以优异成绩保送为王锡凡教授的研究生并硕博连读，从事电力系统优化规划、优化调度和电力市场等领域的研究，高质量地完成了博士学位论文，也奠定了日后电力领域科研工作的基础。

　　博士毕业后，陈皓勇便在西安交通大学任教。在此期间，他作为主要研究人员参加了国家自然科学基金重点项目“我国电力市场的电价理论、交易机制及其模拟研究”和国家重点基础研究发展计划(973计划)“电力市场对电力系统运行可靠性的影响”等一系列国家重点项目研究。还先后主持了国家自然科学基金青年基金项目“电力系统运行方式优化和综合资源规划的协同进化算法”以及国家社会科学基金青年基金项目“电力市场交易制度的实验经济学研究”等，参编了《电力市场基础》新教材，取得了丰硕的研究成果。

　　2006年从西安交通大学调动到华南理工大学后，陈皓勇先后主持和参与了国家优秀青年科学基金项目“电力系统调度与控制”、国家自然科学基金重点项目“综合能源系统的动力学模型及规划、运行基础理论研究”等研究，并主持完成了一系列国家自然科学基金面上项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目、教育部科学技术研究重点项目、广东省自然科学基金项目等。

　　除基础理论研究外，陈皓勇也特别关注工程应用，与国家电网公司、南方电网公司、广东电网公司、海南电网公司等企业密切合作，参与了国家高技术研究发展(863)计划项目“多类型新能源发电综合消纳的关键技术”、国家重点研发计划项目“支撑20%新能源电量占比场景下的电网智能调度关键技术”和“高比例可再生能源并网的电力系统规划与运行基础理论”、南方电网公司重大科技项目“规模化灵活资源虚拟电厂聚合互动调控关键技术研究”等一系列重点项目。

　　积极创新，助力能源革命

　　陈皓勇创造性地提出了电力系统优化的“协同进化算法”。

　　“协同进化”原本是一个生物学概念，他将其引入工程领域，用于解决大规模电力系统的机组组合问题，进而为电力系统的一般优化问题提供了新途径，也为解决其它复杂工程系统的优化问题提供了一种基础算法。随后，他又将协同进化算法成功推广至电力系统无功优化、寡头垄断电力市场的模拟和分析、电网规划等不同问题的求解。作为群体智能(swarm intelligence)的一种代表性算法，协同进化算法发展前景广阔，陈皓勇目前仍在探索其在电力市场、微电网、虚拟电厂、综合能源系统等优化问题中的应用。

　　在不断开放的市场环境下，电力系统中存在不同的利益主体，传统的统一优化模型难以适用。为解决这些问题，陈皓勇开展了基于“博弈论”的电力市场建模、分析与仿真研究，相关研究成果已成功应用于“西北电力市场综合模拟系统”和“国家电力市场仿真系统”的开发，成为其核心技术。基于多学科交叉研究的思路，陈皓勇又将博弈论引入工程领域，首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想。这种方法将每个控制器都视为独立决策主体，通过其间的自组织竞争达到均衡，抓住了多控制器协调问题的本质。他首次将微分博弈理论应用于电力系统频率协同控制，基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究也取得了重要进展，该项研究开拓了电力系统协同控制新方向，得到学术界和工业界的广泛关注。

　　面对来自能源和环境的压力，我国提出了能源革命和“碳达峰碳中和”的战略目标，风电、光伏发电等新能源的开发利用成为科研新浪潮。陈皓勇立足粤港澳大湾区和华南地区的优良条件，与产业界长期保持着密切合作，开展了持续的技术创新工作。

　　新能源(风、光等)发电功率的随机性和波动性给电力系统规划、运行带来重大挑战。为攻克这个难题，陈皓勇首次提出了基于极限场景法的含多风电场安全约束机组组合方法，成为新型鲁棒调度的基础;为考虑存在新能源等不确定性因素条件下的电力系统无功优化和电压不越限问题，陈皓勇又率先提出基于区间数学理论的区间无功电压优化模型和方法。他带领团队在海南电网建立了第1个含多类型新能源的电力系统多时间尺度鲁棒调度系统。通过优化调度和协同控制，在海南电网间歇式可再生能源渗透率逐年提升情况下，弃风率逐年降低，实现了光伏发电100%消纳，提前实现了海南清洁能源占比超过50%的目标。相关研究成果已在中央电视台科教频道(CCTV10)2019年8月7、8日的《走近科学》栏目以“电力新能源”为节目名播出。

　　陈皓勇所研究的电力系统频率分析和控制模型为云南电网和南方电网主网异步联网试验期间发生的超低频振荡问题的解决提供了理论支撑。他目前正在参与南方电网水风光综合基地的多级协调智能调度系统建设，努力推动云南成为南方区域灵活性资源中心，支撑云南建设“内联外通、融合互补”的枢纽型新型电力系统示范省。在新能源大规模接入的背景下，仅依靠电源调节实现电力平衡的传统电力系统调控模式难以为继，迫切需要唤醒需求侧沉睡的资源。虚拟电厂能聚合并协调规模化灵活资源参与电网运行，大幅提升电力系统运行的可靠性、灵活性和经济性，是当前电力行业发展的热点。目前，陈皓勇正与广东电网公司密切合作，建设广州市全域虚拟电厂。

　　陈皓勇对于电价理论进行了长期和系统的研究，提出基于拉格朗日松弛法的电能短期与长期成本分析的统一框架和基于连续时间商品模型的电力市场定价理论，为电能量和容量电价的制定提供科学依据。他所提出的电力市场定价理论和方法可为能源转型背景下国内外的电力市场建设提供全新思路和理论基础。身为华南理工大学电力经济与电力市场研究所所长，他也积极参与我国电力市场改革设计和政策讨论。从2017年开始，陈皓勇在《中国能源报》(《人民日报》社主办的我国能源产业经济最权威媒体)、《经济日报》等上发表一系列电力市场政策研究文章，一些研究成果得到国家发改委和国家能源局的重视并写入相关核心政策文件，并已在全国范围推广实施，促进了我国当前的电力市场改革进程。

　　学科交叉，构建科技学派

　　仍然是基于多学科交叉研究的思路，陈皓勇还在综合能源系统、能源物联网等领域开展了一系列原创性基础理论研究。

　　多能互补综合能源系统已成为全球能源领域的重要发展方向。在工程实践中，主要通过各种类型的网络为用户提供能量，包括电网、热网、燃气网等，陈皓勇将其统称为“能量网络”(energy network)。他以分析力学为基础，综合热力学、电网络、传热学、流体网络多学科的理论，基于公理化思想构建完善的能量网络理论，提出兼顾能量和能质(㶲)的含多种能量形式的综合能源系统统一建模理论，得到各方面的关注和重视。陈皓勇较早地认识到现代信息通信理论应用于电力(能源)系统的重要性并进行了比较深入的探索，围绕电力系统分布式状态估计、故障智能辨识和定位等问题开展了相关研究工作。目前，他的研究已进一步拓展至更基础的电力(能源)系统多源信息融合理论与方法，部分研究成果已经实现了推广应用。这些研究为陈皓勇新提出的“分层集群的新型电力系统运行与控制”提供了基础理论与方法。

　　除做好自己的科研外，陈皓勇也十分关注科技体制与文化建设。特别是科学学派的形成问题。科学学派是近代科学的产物。它是指拥有独村一帜的理论纲领(或科研风格)由核心人物及其追随者组成的享有较高集体声誉的科学共同体。

　　17世纪后期至18世纪初期，近代科学在欧洲诞生，各大学、研究所、实验室等成为科学研究的中心，科学家们聚集在这些中心周围，逐渐形成了各自的科学学派。与之同时，在我国岭南地区学术之风大盛，形成了清代经学史上占重要地位的“岭南学派”，其影响一直持续至今。按现今的学科分类，传统的岭南学派属于人文社会科学学派，后来又发展出岭南建筑学派、岭南医学流派等，而陈皓勇一直在思考如何构建具有岭南特色的科技学派。2021年诺贝尔物理学奖授予Syukuro Manabe、Klaus Hasselmann和Giorgio Parisi，表彰他们“对我们理解复杂系统作出开创性贡献”。“2021年诺贝尔物理学奖的颁发说明复杂系统科学已经从‘边缘科学’变为‘主流科学’，标志着一个新纪元的开端。中国传统文化长于系统思维，应在其基础上采用现代科技理论、方法进行再创新。交通大学杰出校友钱学森学长开创了系统工程的中国学派，在全球能源绿色低碳转型的背景下，作为交通大学大家庭的一份子，继承钱学森老学长的学术遗志，基于多学科交叉的复杂电力(能源)系统研究大有可为，有望为新时期岭南科技学派的构建贡献一份力量”，陈皓勇说。