牧風者

專家簡介：

穆鋼，1957年3月生，東北電力大學教授，電力系統仿真控制與綠色電能新技術吉林省重點實驗室主任，曾任東北電力大學校長。他長期從事電力系統暫態穩定分析和大規模風電聯網的研究，研究成果應用于我國東北、西北主要風電基地和多個電網調度中心，取得顯著的經濟效益，為推動我國能源低碳發展和電力系統安全運行做出了重要貢獻。作為項目負責人，先后主持過2項國家自然科學基金重點項目、主持國家“973”項目課題、“863”項目課題多項，獲國家科技進步獎二等獎2項，省部級一等獎3項。獲授權發明專利31件、軟件著作權6項。發表論文188篇。先后獲首批萬人計劃領軍人才（2014）、全國杰出專業技術人才（2009）、國家有突出貢獻的中青年專家（1996）、全國優秀科技工作者（2010）、國家教學名師（2009）、享受國務院特殊津貼專家（1995）和吉林省特等勞動模范（2009）等稱號。

太陽輻射使地表受熱不均引起空氣流動的動能稱為風能，是一種重要的可再生能源。風能儲量巨大，理論上僅1%的風能就能滿足人類全部能源需求。

人類利用風能已有數千年的歷史。我國是最旱使用帆船和風車的國家之一，至少在3000年前的商代就出現了帆船。14世紀初葉鄭和七下西洋，龐大的風帆船隊展示了風能的威力。明代以后，風車在提水灌溉、排水造田、磨面舂米等方面獲得廣泛應用。中國沿海沿江地區的風帆船和用風力提水灌溉或制鹽的做法，一直延續到20世紀50年代，僅在江蘇沿海利用風力提水的設備曾達20萬臺。在第一次工業革命之前，風力機械是動力機械的一大支柱。

展望世界，在幾千年前埃及的風帆船就在尼羅河上航行。16世紀，荷蘭人利用風車排水、與海爭地，在低洼的海灘地上建國立業，成就了一個經濟發達的國家。

1891年，丹麥建成了世界第一座風力發電站，開啟了風能利用的新篇章。20世紀30年代初，丹麥、瑞典等國等利用航空工業的旋翼技術，研制出一些小型風力發電裝置，發電功率較小，大都在5千瓦以下。20世紀70年代以后，隨著技術進步，風力發電進入了一個蓬勃發展的階段。如今，風力發電是風能利用的最重要形式。

我國規模化風力發電起于20世紀80年代，經過近年來的快速發展，我國風電裝機容量已連續6年居世界首位，2017年末聯網的風電裝機容量1.64億千瓦（占9.2%），風電發電量3057億千瓦時（占4.8%），是規模最大的非水電可再生能源，成為能源結構調整的一支重要力量。

為了推動風電的快速發展，改變高排放的能源結構，我國在本世紀初規劃了8個千萬千瓦級風電基地，形成了我國特有的“規模化開發、集中外送”風電開發模式。大規模風電快速發展也帶來源網協調的難題，是導致頗受詬病的“棄風問題”的原因之一。

東北電力大學教授穆鋼長期從事電力系統理論與工程應用的研究，在電力系統安全穩定評價方面，開展了電力系統暫態穩定、動態穩定以及電力系統穩態分析等多方面的研究，提出了具有原創性的定量評價方法。在本世紀初，他率領研究團隊及時調整研究方向，關注并研究大規模風電基地聯網帶來的系列難題，經過十余年的努力，在大風電場群高滲透率聯網的規劃與運行方面研發了多項關鍵技術；研究成果應用于我國東北、西北主要風電基地和多個電網調度中心，取得顯著的經濟效益，為推動我國能源低碳發展和電力系統安全運行做出了重要貢獻。

2018年1月8日，由穆鋼帶領科研團隊完成的“大規模風電聯網高效規劃與脫網防御關鍵技術及應用”項目榮獲2017年度國家科技進步獎二等獎，這是他繼2008年后又一次獲得的國家科學技術獎勵。該項目緊密結合國家能源戰略重大需求，歷時11年，通過產學研用協同攻關，自主創新，攻克了風電聯網高效輸電規劃方法、擴展調節能力的儲能優化規劃方法、機群大面積脫網防御等關鍵技術，破解了大規模風電聯網規劃與安全防御技術難題，項目成果應用于大型風電基地聯網工程，經濟效益和社會效益顯著，在推動風電聯網技術進步，促進我國風電健康發展、推動能源轉型和應對氣候變化方面發揮了重要作用。

破解大風電場群聯網的難題

1986年，我國第一座風電場——馬蘭風電場在山東榮成并網發電，安裝了 3臺20世紀80年代技術最為成熟的丹麥維斯塔斯公司的V15-55/11kW型風電機組，成為我國風電史上的里程碑，揭開了中國以發電的方式大規模利用風能的序幕。

世紀之交，隨著環境和能源問題的日益凸顯，可再生能源的開發，尤其是風力發電技術越來越被世界各國政府所重視。1996年，我國政府就制訂了《乘風計劃》，旨在鼓勵提高中大型風力發電機制造技術和國產化率。大力發展風電已成為實現我國能源低碳供給的重要舉措，同時也是治理霧霾和應對氣候變化的國家重大需求。我國風電裝機連續6年居世界首位，到目前為止，已規劃8個千萬千瓦級風電基地建設已取得重大突破，已建成多個超千萬甚至超2000萬千瓦的大型風電基地，形成了特有的“規模化開發、集中外送”風電發展模式。

前所未有的風電規模和前所未有的開發模式也面臨新的挑戰。風電在部分地區的集中高速發展帶來電網建設和運行的新問題，導致嚴重的棄風，一些大型風電基地棄風達30%以上。2016年，全國棄風電量497億千瓦時，超過風電發電總量的20%。大量嚴重棄風阻礙了風電的健康發展，引發政府和社會的廣泛關注。多措并舉破解風電聯網難題，對推進能源低碳化、治理環境污染具有重要意義。

在穆鋼看來，大風電場群多時空尺度功率波動的復雜性及其給電網規劃和運行帶來的不利影響是挑戰的核心，需從規劃、調度和安全分析等層面入手解決大風電場群高滲透率聯網的突出問題。為此，從2006年起，他就帶領團隊潛心探索，不斷創新，依托國家自然科學基金重點項目、國家“863”計劃項目和國家電網公司科技項目，從大規模風電外送輸電規劃、電網調節能力擴展和機群脫網防御三方面開展系統研究，取得了多項創新成果和關鍵技術突破。

大規模風電與傳統大電源基地一樣依賴輸電通道聯網，外送通道輸電能力不足是導致大量棄風的主要原因之一。因為風電功率自身具有波動性和低密度特性，沿用傳統電源基地外送輸電規劃方法將造成輸電投資的巨大浪費，而降低輸電容量又面臨著棄風的風險。急需研究一種適用于大規模風電基地外送通道的輸電規劃方法。

為此，穆鋼研究揭示了風電場群長期功率波動的“匯聚效應”及其時空演變規律，建立了定量描述和預測方法；創建了基于風電匯聚效應優化源網綜合收益的大風電場群聯網輸電規劃新方法，開發了風電聯網輸電規劃平臺。新規劃方法在滿足風電送出的條件下，比傳統規劃方法顯著降低輸電投資，提高輸電資產的收益和利用率。應用于我國主要風電基地的吉林、寧夏大風電場群聯網規劃，節省超高壓輸電線路938千米，降低輸電投資54億元，輸電資產全周期收益由45.2億元提高到98.9億元（增119%），輸電資產利用率提高44%。該成果獲吉林省科技進步獎一等獎。

與此同時，他還創建了儲能規劃關鍵技術，揭示了棄風與電網調節能力不足的定量關系，構建了旨在降低棄風的一體化調節能力擴展規劃方法。他首次提出了風電運行可行域識別及風電超限事件定量表征方法，創建了以減少棄風損失為目標的一體化儲能擴展規劃方法，通過儲能的整體規劃實現了對棄風損失的最大縮減；提出儲能系統盡限利用策略，顯著提升儲能的利用效能/儲能規劃系統應用于遼寧電網，規劃建設的4座儲能電站已投入運行，實現了儲能總量擴展和空間布局的優化，近3年減少棄風9.7億千瓦時，減少棄風損失63%。

不僅如此，針對風電機群大面積脫網問題，穆鋼帶領團隊通過不懈探索也取得了巨大突破。近年來，我國雙饋風電機群大面積脫網事件時有發生，不僅導致風電中斷，還給電力系統帶來沖擊。以往國內外研究主要聚焦在電網低/高電壓擾動引發的機群大面積脫網（同時脫網），提出了基于低電壓穿越改造的脫網防御措施，取得了一定成效。但電網低/高電壓擾動掩蓋了機組發電功率對機群脫網的影響，使得機組經低電壓穿越改造后仍有一些全場脫網事件發生，已有的分析方法無法解釋，該如何解決？

在大量的分類論證過后，穆鋼帶領團隊首次揭示了近滿載工況下風電機群非低電壓連鎖脫網機理，創建了時序離散化的連鎖脫網過程反演方法，填補了風電機群脫網機理與計算方法的空白；提出了風電機群脫網分類方法，豐富了脫網分析理論體系；構建了連鎖脫網防范策略，研發了多級無功電壓協調控制系統，解決了風電機群大面積脫網防御的難題，成果應用于72個風電場，杜絕了脫網事故及其停電損失，降低了電力系統的運行風險。

“大規模風電聯網高效規劃與脫網防御關鍵技術及應用”項目成果有力推動了風電聯網領域的科學技術進步，經中國電機學會鑒定：整體成果達到國際領先水平。

為電力系統安全運行保駕護航

一百多年前，德國人西門子制成了世界上第一個發電機，之后，電燈、電車、電話等一系列電器產品相繼問世，第二次工業革命開始蓬勃興起，人類進入了“電氣時代”。第二次工業革命的興盛極大地推動了社會生產力的發展，對人類社會的經濟、政治、文化、軍事、科技和生產力均產生了深遠的影響。到今天為止，人類早已離不開電器產品的供應，電力工業也成為了國民經濟發展最重要的基礎行業。然而，也正因如此，電力系統一旦發生故障，造成的后果可能超出人們想象。

2003年8月14日，北美發生了歷史上最嚴重的停電事故，停電時間超過30小時，波及美國8州和加拿大，受災人數5000萬，每天造成的經濟損失多達300億美元；2012年7月30日，印度北方邦境內的一座超高壓變電站出現問題，最終導致北部電網崩潰，全國近一半地區的供電出現中斷，影響約6億人口用電……

與人類生產生活息息相關的電力工業，名副其實“牽一發而動全身”。從踏入這一行業開始，30多年來，穆鋼一直密切關注著這一關鍵課題，尤其注重將自己的研究成果與電力生產實踐結合起來，以期確保電力系統的安全運行，為國民經濟健康發展做出保障。

在暫態穩定分析方法方面，傳統的暫態穩定分析主要依賴于數值仿真，雖能獲得系統的受擾軌跡，但不能定量評價穩定裕度，會導致保守的運行方式安排；直接法雖可評價穩定裕度，但依賴于臨界能量，臨界能量的計算依賴于模型、算法復雜，有保守性。為此，在深入研究了大擾動激勵下電力系統動態軌跡的動力學特征后，穆鋼創建了不依賴于臨界能量、只根據軌跡定量評價暫態穩定性的軌跡分析法，所建立的穩定指標優于美國電力系統著名專家Fouad提出的指標。根據軌跡分析法開發的應用系統PSSA2.0，應用于東北電網等4個區域/省級電網調度中心，實現了準確快速的穩定校核，減少了運行方式安排的保守性，年經濟效益9957萬元，研究成果“大規模電力系統暫態穩定定量評價理論與應用”也獲得了2008年度國家科技進步獎二等獎。

并且，穆鋼還提出了基于PMU的潮流方程直接（非迭代）求解算法和相應的PMU最優配置算法，實現了非線性代數方程組的非迭代求解；建立了PMU量測改善SCADA狀態估計精度的評估模型，為構成高精度的WAMS（PMU）和SCADA混合量測系統提供理論依據。電力系統潮流直接求解算法的應用，避免了迭代運算，計算速度提高20倍以上，為在線安全評估爭取了寶貴的時間。研究成果應用于東北電網公司在線安全評估系統，提高了在線安全分析的效率，成果“運用同步相量測量技術構建電力系統在線安全評估系統的研究”獲2008年吉林省科技進步獎二等獎。

還有電力負荷預報方法。傳統的電力負荷預報研究主要聚焦于預報方法，事實上，負荷的規律性對預報準確度有支配性影響。穆鋼首先提出并研究了這一課題，建立了基于最小建模誤差統計特性的負荷規律性評價方法。負荷規律性的研究為確定具體負荷可及的最高預報精度和評價改進預報精度的潛力提供了清晰的理論指導。據此研發的預報系統應用于東北電網等大區、省、市電網，長期運行的負荷預報準確率處于國內先進水平。研究成果“吉林地區電力負荷預報規律性及氣象因素影響分析”獲得了2003年吉林省科技進步獎二等獎。

潛心鉆研、不斷創新的科研特質在穆鋼身上展現得淋漓盡致。這些年來，他幾乎從未有過一刻停止向前的狀態。時代在發展，他研究的電力分析方法也在隨之不斷更新變化，每一個階段都凝聚著他智慧的結晶。

早在20世紀90年代開始，穆鋼就關注到了網損（研究電能輸送過程中以熱能形式散發的功率損失）問題，為此，他提出了新的輸電系統網損分析的概率評估法，構建了基于運行數據的網損功率概率密度模型，清晰刻畫了網損的長期變化規律。他和團隊開發的“電力系統一次網損分析計算系統”實現了區域電網的網損計算、跨省轉運電力交易附加網損計算、降損決策及效益評估等功能，在東北電網、黑龍江電網、吉林電網應用，年效益970萬元。

于穆鋼而言，科研就是一個不斷攀登的過程，而他的目標只有一個——讓電力更好、更安全地運行。

搭建電力人才森林

正所謂：“獨行快，眾行遠。”穆鋼深知，對于涵蓋范圍甚廣的電力系統研究而言，單靠一個人的力量是絕對不可行的。因此，在30多年工作生涯中，穆鋼所做的不僅是貢獻于自己的終身事業，同時還致力于培養更多青年人才，努力建設人才梯隊。

自1984年留校任教后，穆鋼就一直扎根東北電力大學，30余年不動搖。在這里，他潛心于教學、科研一線，不僅自身在科研領域取得多項創新性成果，獨樹一幟，在教師的崗位同樣兢兢業業，“遍地開花”。

這些年來，盡管身兼數職，穆鋼仍然堅持為本科生、研究生上課，先后為他們開出了多門主干課程，主持的《電力系統分析》是國家級精品課和國家級精品資源共享課，作為負責人的教學團隊被評為國家級教學團隊，并已指導培養畢業博士13名、碩士105名。

“師者，所以傳道授業解惑也。”在穆鋼看來，大學四年老師同樣肩負重擔：要賦予學生能干事的基礎——實踐能力；敢干事的膽識——創新意識；干成事的意志和本領——創業精神。“要努力使我們的學生成為懂工程、精技術、善管理的一線人才。”穆鋼曾這樣說道。為此，他一直注重科研與教學結合培養工程人才。由他主持完成的“突出‘一實兩創’特色的高素質應用型人才培養模式的研究與實踐”榮獲2005年第五屆全國高等教育國家級教學成果獎二等獎，“面向工程強化實踐的《電力系統分析》課程改革與實踐”也獲得了2009年第六屆全國高等教育國家級教學成果獎二等獎。

學生們都說，“穆鋼教授的課，有吸引力”。為了這一節課幾十分鐘的“吸引力”，穆鋼背后所付出的心血實在鮮為人知。在教學過程中，他始終堅持銳意求新，既注重專業基礎理論、技能和方法的講授，又結合本學科發展前沿，不斷注入新的理念。

早在20世紀90年代剛工作不久，他就清醒地意識到，培養創造性人才是高等學校人才培養目標的一個根本定位。為此，從1996年擔任東北電力學院副院長伊始，他就力排眾議，積極倡導并參與教學改革的研究與實踐。由他組織創辦的“因材施教”教改實驗班自1997年招生以來一直延續至今，培養出了一批綜合素質高的畢業生，產生了良好的社會效果。他主持研究的原國家教委面向21世紀教學改革項目——“一般工科院校人才培養模式整體改革的研究與實踐”，在適應新形勢要求的人才培養模式的改革與實踐方面進行了深入的研究和成功的探索，榮獲2000年吉林省優秀教學成果獎一等獎。

希望和未來永遠在年輕人手中。在穆鋼的團隊，每周六上午的課題組集體研討已經成了多年的慣例。在這里，老師和研究生一起集思廣益，歸納梳理，查遺補缺，研究解決科研中的問題，確定下一段的工作任務。通過不斷地交流與討論，學生與青年教師迅速成長起來。

“在現代社會中，經濟的競爭，就是科技的競爭，而科技的競爭，就是人才的競爭，這一切歸根結底取決于教育的競爭。”穆鋼這樣說道。在他看來，高等學校必須在促進教育與科技創新、經濟建設、文化繁榮和社會進步的緊密結合方面做出自己的貢獻。從這個意義上講，任重而道遠。

丹心寫春秋

考入東北電力學院（今東北電力大學）前，穆鋼也曾作為知識青年在農村生活工作了3年。1977年，國家決定恢復完全基于考試的高等學校招生制度，穆鋼在農村參加了高考，被錄取成為東北電力學院的文革后的首批本科生。那段特殊的經歷讓他萬分珍惜得來不易的學習機會，77級大學生在校期間近乎癡狂地學習也成為一段佳話。

電力工業攸關國計民生，從進入大學的那一刻起，穆鋼就矢志為我國的電力科學奮斗一生。在東北電力學院接連讀完本科、碩士并留校任教后，穆鋼仍然時刻不忘鉆研專業知識。初做教師的那段時間，通過參加學術會議，穆鋼與清華大學電機系的老師們有了接觸。作為我國電機工業的搖籃，清華大學電機系可以說是所有電機專業學子夢想的天堂。因此，在清華大學電機系老師熱情地鼓勵下，穆鋼通過緊張的備考于1987年9月終于成功考入清華大學，師從我國電機界著名專家黃眉先生。清華大學自由民主的學術氛圍無疑給他留下了深刻印象，導師的言傳身教，學校氛圍的耳濡目染，進一步激發了他做好科研的動力；一個個課題的深入研究，導師的點撥指引，不僅提高了他解決科學技術難題的能力，更重要的是使他學會了從紛繁復雜的工程場景中發現問題、提出問題。

作為新中國第一所電力工科高校，東北電力學院著實經歷了一段崎嶇坎坷的歷程：1949年，學院前身——長春電機高級職業學校成立；1955年，學校由長春遷至吉林；1958年9月升格為電力類大學，改名為吉林電力學院；1978年又更名為東北電力學院，隸屬于國家電力公司。2000年1月，在高校管理體制調整后，學院實行中央與地方共建，以吉林省管理為主的管理模式。也正是在這一年，穆鋼正式接任東北電力學院院長，滿打滿算也才不到43歲的年紀。懷著滿腔的激情和熱血，他開始帶領這座與新中國同齡的電力高校共同邁步向前。任期內，穆鋼積極主動地配合黨委工作，搶抓機遇，乘勢而上，集中精力解決了制約學校發展的關鍵性問題，尤其在規模擴展、教育教學改革、學科建設、師資隊伍建設、人才培養特色等方面取得了長足發展，2005年學校成功更名為“東北電力大學”，實現了辦學層次的新跨越。

從隸屬于東北電網到隸屬于吉林省教育廳，從東北電力學院再到東北電力大學……在院長/校長職位上任職11年的穆鋼，隨同這所古老又充滿生命力的學院一起幾經沉浮。就像曾經與他共事的人所言，“這其中經歷了多少心酸，只有經歷過的人才知道。學校師資隊伍建設、科研成果的獲得都依靠他。新校區的建成、體育場的落成、科研樓的竣工，這些都和他不無關系。11年，是人生不短的年華，但對東北電力大學的歷史而言，只是短短的一瞬，是承前啟后的一段記憶，穆鋼教授為東北電力大學的發展做出了重要貢獻”！

從1978年踏入校園的那一天起，至今已整整40年過去，東北電力大學和穆鋼在時代的發展中互相見證了彼此的成長。一次次拒絕中心城市工作機會的邀約，對于穆鋼而言，盡管地處邊陲，但東北電力大學就是他工作、生活、教學、研究和團隊的根系所在。從教師、管理者再到教師，無論工作如何改變，教師的職責始終不變，研究的韌勁始終不變，創新的激情始終不變，科研報國的理想同樣始終不變！