电力科技领域的思想者

20多年前,当他踏入西安交通大学少年班的时候,他肯定不会想到,在这里,他一待就是16年；他更不会想到,从此他将与电力系统科研结缘,成了他未来几十年的科研方向.这么多年来,是电力科研成就了他,让他的生命更充实,更有价值；也是他奉献于电力科研,推进了所在领域的学术发展.他就是华南理工大学电力学院教授、博士生导师,电力经济与电力市场研究所所长,陈皓勇.

谈到自己的科研方向,陈皓勇略显兴奋,声音也变得洪亮起来.长期以来,他以复杂系统（大规模、随机性、分布式、网络化系统）建模、优化与控制理论方法及其在电力系统中的应用研究为核心学术思想,致力于电力系统规划、运行与控制,新能源并网与智能电网技术,电力技术经济与管理等方向的基础前沿研究和教学工作.

偶遇机缘,踏入电力之门

1990年9月,陈皓勇考入西安交通大学少年班,成为当时西安交通大学通过自主命题、独立招生在全国范围内选拔的29名学生之一,当时的他仅仅15岁.也就是从那时起,他开始深深地喜欢上这个学校,在此学习、工作长达十几年.1992年9月,两年的少年班学习完成后,陈皓勇以优异成绩自主选择了本校电力系统及其自动化专业,从此也正式踏入了电力之门,更找到了开启人生理想的钥匙.

对于陈皓勇来说,1994年看起来和往年一样平凡,却是改变他人生的一年.因为正是在这一年,通过班主任老师的介绍,他结识了刚从日本归国的著名电力系统学者、IEEEFellow、中国科学院院士王锡凡,从此跟随王锡凡院士学习、工作长达12年.他时常被王院士那严谨治学、低调为人的精神所深深感染着,王锡凡院士不仅是他的学术导师,更是他的人生导师,正是在王锡凡院士的引领之下,才跨入了电力科学的大门.1995年,陈皓勇以优异成绩保送为王锡凡院士的研究生,并硕博连读,从事电力系统优化调度、优化规划和电力市场等领域的研究,最终高质量地完成了博士学位论文,也奠定了日后科研工作的基础.在2000年6月博士毕业后,由于陈皓勇在学生时代的优秀表现和王锡凡院士的鼓励,他顺利留校任教,开始了教学科研的生涯.在西安交通大学从教期间,他除了担任专业主干课《电力系统分析》等的教学工作外,还作为主要研究人员参加了王锡凡院士所主持的国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究发展计划（973计划）等一系列国家重点项目,并且自己也主持了国家自然科学基金青年基金项目、国家社会科学基金青年基金项目等国家级项目,参编了《电力市场基础》新教材,取得了丰硕的成果.

2006年12月,陈皓勇带着出去闯一闯的想法,作为“百人计划”杰出青年教师受聘到华南理工大学.也正是在这里,他得到了又一次地腾飞.在这里,他除了继续前沿理论研究外,更找到了科研成果的良好应用平台；在这里,他开始完全独立工作并形成了自己的学术特色；在这里,他能够与港澳的大学密切合作并进一步放眼海外.不仅这些,陈皓勇还承担了国家自然科学基金项目等一系列国家和省部级重点项目,获得了教育部“新世纪优秀人才”称号,承担了南方电网有限责任公司、广东电网公司等重点企业的多个合作项目,促进了科研成果的实际应用.近期,国家自然科学基金委公布了2013年度国家自然科学基金资助项目名单,陈皓勇又成为华南理工大学新增的4位国家优秀青年科学基金获得者之一.

众所周知,广东省既是能源消费大省,也是能源技术产业大省,其能源产业在我国能源产业中占有举足轻重的地位.广东省的能源消耗量位居全国前列,但能源资源贫乏,对外依存度高,面临经济发展和环境保护的双重压力,能源安全与有效利用已成为制约广东经济社会可持续发展的瓶颈.立足于这种现实,陈皓勇拓展学科领域,融合华南理工大学电力和能源相关学科的优势,先后参与了“能源研究院”、“新能源与环境协同创新中心”等的筹建.

身处改革开放的前沿,陈皓勇却从来没有忘记过母校,他和西安交通大学电力工程系保持着长期和紧密的科研合作关系.近年来,两校联合申请了国家重大项目,并和王锡凡院士等因“电力系统运行与规划的最优决策模型及方法研究”共同获得2008年教育部高等学校科学研究自然科学一等奖,还即将进一步拓展海上风电等领域的科研合作.

千锤百炼,终显学术锋芒

在为电力领域教学和科研事业奋斗的将近20年里,陈皓勇始终刻苦钻研,默默奉献.在课堂上,他是一个优秀的老师,传道授业解惑,澎湃；在实验室,他是一个勤奋的科研工作者,编程序,做仿真,认真耐心.人们看得见的是他的荣誉和成果,但看不见的是他背后付出的辛勤和汗水.他忘记了,有多少个周末在实验室里度过,有多少个节检测日没有和自己的亲人在一起,有多少次科研走入困境时焦虑不堪地冥思苦想.但天道酬勤,他的付出也得到了应有的回报.

除完成一系列国家和省部级重点项目外,陈皓勇近年来发表SCI、EI论文近100篇,所发表论文被国内外电力系统、人工智能、经济管理和量子物理等不同领域的科研人员引用1500余次.他的英文专著PowerSystemOptimization：Microeconomics-inspiredApproaches近期将由国际权威出版社Johnwiley&Sons-IEEEPress出版.他的研究成果在我国电力行业得到广泛应用,并取得了良好的经济和社会效益.除了学校的工作,他还兼任了很多社会职务.他是国际电气和电子工程师协会高级会员（IEEESeniorMember）、教育部学科评估专家、国家科学技术奖励评审专家、国家自然科学基金和中英联合基金评审专家、中国博士后科学基金评审专家、广东省职称评审专家、浙江省自然科学基金评审专家,还担任着在香港召开的IEEE亚太电力与能源工程国际会议（IEEEAPPEEC）技术委员会主席.

在国际上,陈皓勇首次提出电力系统机组组合的协同进化算法等人工智能算法,并将其推广于电力系统规划、运行和电力市场决策等多个领域.协同进化算法借鉴自然界中的协同进化机制,引入生态系统的概念,生态系统中多个物种相互作用,共同进化,从而使整个系统不断演进.将工程应用领域待求解的问题映射为生态系统,以生态系统的进化来达到优化问题求解的目的.协同进化算法为电力系统优化提供了新途径,也为解决一般复杂工程系统优化问题提供了一种基础算法.他将“协同进化算法”拓展应用于电力系统的无功优化问题,已获国家发明专利.将协同进化算法应用于寡头垄断电力市场的模拟和分析,开辟了基于协同进化计算的电力市场建模的新方向,在国际权威期刊上发表了系列论文.陈皓勇的研究成果得到国际上电力系统、人工智能、经济管理等不同领域科研人员的广泛引用,直接跟进研究的包括：美国阿贡国家实验室,美国伊利诺理工大学、美国北卡罗莱纳州立大学、约旦科技大学、雅典国家技术大学、澳大利亚悉尼大学、伊朗德黑兰大学,香港理工大学和国内华中科技大学等重点大学.陈皓勇十分重视交叉学科研究,他系统地研究了博弈论方法在电力市场和电力系统中的应用问题,电力系统是一个复杂的工程一经济系统,从经济的角度,陈皓勇在基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真方面取得一系列研究成果；从工程的角度,国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制领域,开拓了基于博弈论的电力系统协同控制新方向.在现阶段不断开放的市场环境下,电力系统中存在不同的利益主体,在规划和运行决策中通常以自身利益最大化为目标,传统的统一优化模型难以适用.作为一类先进的数学工具,博弈论通过建立电力系统中多方优化决策模型并求解均衡策略,使得各方均能获得最佳收益.在这个背景下,陈皓勇长期从事基于博弈理论的电力市场建模、分析与仿真研究：提出了运用多项式方程系统求解电力市场均衡的方法,首次形成了基于实验经济学的电力市场博弈分析系统理论和方法,首次结合基于协同进化计算的智能模拟和实验经济学方法研究了电力市场主体的交易策略和市场均衡问题.这些研究工作得到国际同行的一致认可,被意大利都灵理工大学、西班牙卡斯蒂利亚拉曼查大学和美国惠普实验室的多个权威学者所引用.另一方面,从工程角度来看,电力系统包含大量分布式控制器,在智能电网的发展过程中,更多的新型控制器将被引入.这些控制器作用于不同层面,控制目标相互独立,甚至存在冲突.制定控制策略时若不进行协调,则可能导致各方相互牵制、抵消,背离控制目标.基于这种考虑,陈皓勇首次提出基于博弈理论的电力系统协同控制思想.在国际上首次将微分博弈理论应用于电力系统频率/电压协调控制,以解决多个控制器动态协调的难题,基于微分博弈理论的电力系统最优协调电压控制研究已获国家自然科学基金资助.

除此之外,陈皓勇还系统地研究了基于大系统随机与离散优化理论的电力系统规划、运行的模型及算法并在电力行业得到广泛应用.电力系统作为典型的分布式大系统,其规划和运行中的很多优化问题都是大规模、离散、非线性和随机的,用常规的方法很难求解,需要寻求新的解决途径.在电力系统规划方面,他提出了基于改进Lagrangian松弛法和随机生产模拟的电源规划模型和算法,发展了基于多目标（协同）进化算法的输/配电网规划；在电力系统优化调度方面,除提出机组组合问题的协同进化算法外,在国际上较早地开展了基于鲁棒优化思想的含风电的电力系统安全约束机组组合问题,研究了基于退火选择遗传算法和内点法的含整数变量最优潮流,建立了基于协同进化计算的配电网重构算法；在电力系统无功优化方面,提出了基于退火选择遗传算法的大电网无功优化,研究了基于退火选择遗传算法的配电网多时段无功/电压控制等问题.特别他在国内率先研究了多风电场并网条件下的电力系统安全约束机组组合问题,提出了描述间歇性能源功率不确定性的极限场景法,在保证预测场景最优的情况下,也能保证误差场景下调度方案的可行,奠定了鲁棒调度的基础.作为国际上鲁棒调度思想的首先提出者之一,陈皓勇在2012年IEEEPower&EnergySociety年会上宣读了相关论文,引起与会者的热烈讨论.

长期以来,这些研究相继获得了国家自然科学基金（重点）项目、国家社会科学基金项目、国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家高技术研究发展（863）计划重大项目、教育部科学技术研究重点项目、新世纪优秀人才支持计划和国家优秀青年科学基金等的支持.

大胆创新,探路未来发展

创新是科研的生命力所在,没有大胆创新,就不可能有新的突破.陈皓勇深切地明白这一点,因此在做研究时,他始终不怕困难,敢于超越,力求走在电力领域发展的前端.

进入21世纪以来,发展低碳经济,建设生态文明、实现可持续发展,已成为人类社会的普遍共识,因此可再生能源开潮席卷全球.我国已经制定和实施了《中国应对气候变化国家方案》,要求到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40-45%,非化石能源占一次能源消费比重达到15%左右.风力、太阳能等间歇性可再生能源并网给电力系统运行带来很大的冲击,引起系统电压、频率的大幅波动,恶化了电能质量,降低了电网安全稳定运行的水平,使得传统的电力系统理论方法和技术体系受到挑战.而另一方面,电力系统科研也因此面临着难得的机遇.

当前世界各国电力系统都在朝智能电网（artGrids）的方向发展.作为支撑可再生能源发展的重要平台,智能电网已成为全球各国政府、企业和学术界所共同关注的热点,被认为是电力系统、可再生能源与信息通信技术的融合.陈皓勇认为,能源问题的解决需要多学科协同攻关.在华南理工大学,他联合电力系统,电力电子、信息通信和经济管理等多学科的研究力量,形成了智能电网与可再生能源领域的一支强大的研究团队,目前已有基础包括风电控制与并网技术国家地方联合工程实验室、广东省绿色能源技术重点实验室和广东省风电控制与并网工程实验室3个国家和省部级重点实验室,囊括10余名教授、副教授与近100名博士、硕士研究生.同时,陈皓勇的团队积极与清华大学、西安交通大学、华北电力大学、南方电网科学研究院和海南电网公司等单位紧密合作,努力攻克多类型新能源发电综合消纳的关键技术,即将于2014年在海南建成全国第一个间歇性能源渗透率不小于15%的省级示范电网,并努力将海南电网打造成为世界一流的智能电网技术集成应用和示范展示平台.

为了时刻把握学科前沿信息,紧跟国际学术发展潮流,陈皓勇非常重视国际交流与合作.他曾于2004年4月至2005年2月在香港理工大学任副研究员；2007年2月至2007年5月在香港理工大学任访问教授；2008年7月至2008年8月在澳大利亚昆士兰大学任访问教授；2012年12月至2013年1月在美国哥伦比亚大学任访问教授.他还特别与美国顶级大学哥伦比亚大学电气工程系签有正式科研合作协议,通过教授互访、联合培养博士研究生、合作申请科研项目等方式,长期致力于智能电网的合作研究.借助广东毗邻港澳的地域优势,陈皓勇也与香港理工大学、香港大学等保持着经常流与合作,充分利用香港作为学术国际化的理想平台.此外,陈皓勇与美国阿贡国家实验室、圣路易斯华盛顿大学等也保持着密切联系.

“在化石能源日薄西山、新能源将成为未来人类能源主体的情况下,中国如果能抓住这个机遇,就有望引领全球经济进入第三次工业革命.现在中国正面临着战略性抉择.”这是《第三次工业革命》一书作者、美国华盛顿经济趋势基金会主席杰米里里夫金接受记者采访时表示的.这也是陈皓勇的梦想和希望,他说：“人们把21世纪称为中国人的世纪,中国理应在第三次工业革命中占有一席之地,我愿为之贡献毕生精力.”