吴应清

　　
　　
　　随着社会的快速发展和科技的不断进步，电力资源在社会发展进程中扮演的角色愈发重要。如何确保电力资源稳定、高效的输送成为影响国家发展的重要环节。在信息时代的大背景下，被称作“电网2.0”的智能电网应运而生。它建立于传统电力系统的基础之上，通过先进的传感和测量技术、设备技术、控制方法及决策支持系统技术等的应用，以实现电网的可靠、安全、经济、高效、环保和使用安全的目标。
　　2015年，国家发展改革委、国家能源局颁布了《关于促进智能电网发展的指导意见》（发改运行〔2015〕1518号），这是我国首次从国家层面明确了智能电网的概念内涵、发展定位及重点领域等战略问题。而《电力发展“十三五”规划》中也明确提出：“十三五”期间，我国将加快推进“互联网+”智能电网建设。国家需要就是科研工作的出发点。多年以来，上海交通大学（以下简称“上海交大”）电子信息与电气工程学院副研究员刘亚东一直致力于输变电设备状态监测与智能化、配网设备早期故障检测与诊断领域的研究，立足实际需要，敢于突破常规，屡次大胆创新，最终研制出架空输电线路智能化的关键技术及装置，为中国智能电网的快速发展提供了有力支撑。
　　
偶然结识 立志科研
　　兴趣是最好的老师，有了它的指引，无论是学习还是工作，人们都会乐在其中，即使投入再多的时间与精力、面对再多的挑战与挫折也都乐此不疲。“80后”的刘亚东正是如此。原本学习电子信息工程专业的他，在一次偶然的机会下结识了高电压技术，便被其深深吸引，从此改变了专业方向，甚至可以说是改写了人生轨迹。
　　本科时就读于中国地质大学（武汉）的刘亚东，有一次前往上海交大拜访在那里攻读博士学位的师兄，经其介绍，他初次了解到了高电压技术专业。“当时就觉得这个专业挺好玩的，他做的东西我还比较感兴趣，之后通过考研就过来了。”刘亚东回忆道。可以说是兴趣为刘亚东打开了科研探索的大门，并引领他走上了科研之路。
　　2007年10月，华东电网正式启动了智能电网可行性研究项目，该项目的启动标志着中国开始进入智能电网领域。此时的刘亚东也已在上海交大开始了高电压技术领域的深入研究，敏而好学的他在这里完成了硕士、博士阶段的学习，并顺利开展了博士后的研究工作。机会总是留给有准备的人。博士后期间，成绩优异的刘亚东得到上海交大海外师资储备项目的支持，前往美国继续从事该领域的研究。“那里的科研环境相对单纯，我能用整块的时间来系统地思考研究方向，包括我现在做的一些研究方向，其雏形基本上都是在那时形成的。”这次海外工作的经历不仅开拓了刘亚东的视野，也为他日后的科研奠定了基础。
　　
立足实际 突破瓶颈
　　2011年，我国智能电网进入全面建设阶段，但诸如输电线路的故障智能诊断、输送容量的动态评估及运行状态的准确评估等问题，制约了其快速发展。无限风光在险峰，如果能够突破技术瓶颈，解决实际需要，将大力推动中国智能电网的发展。
　　在国家原“863”计划、国家自然科学基金和上海市科委等项目的资助下，上海交通大学、国网上海市电力公司等单位共同启动了“架空输电线路智能化关键技术及装置”项目。“输电线路智能化有两个最主要核心点，同时也是两大难点：一是输电线路发生故障后如何做到快速定位；二是如何实现动态增容以满足用电高峰需求。这个项目就是要解决这两大瓶颈。”刘亚东详细介绍说。
　　纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。“对科研人员来说，尤其是我们这种偏工程的专业，都需要以工程的实际问题为出发点。”刘亚东深有感触地说。在输电线路故障定位的一次研究中，刘亚东开始认为，故障定位存在一两公里的误差也没关系，通过巡线就能解决。但当和工程人员一起实地巡线后，他才发现野外山区的巡线困难重重。“那次巡线对我触动很大，让我对问题的认识也更加深刻。”此后，他更加明白了故障精准定位的重要性，开始向这一难题发起挑战。
　　为此，刘亚东他们首创了分布式故障定位方法，将故障检测装置从变电站移至输电线路上，就近提取故障电流行波，并通过多个检测点协同分析，大幅降低了定位误差。现场应用结果表明，分布式故障定位方法定位误差小于300m的比例占94.7%，而传统行波法定位误差大于1km的比例占64.3%。并且根据故障行波的时频特征对故障类型进行判断，将雷击类型辨识的准确率提高到96%。
　　随着社会的发展，人们对于电能的需求也迅速增加，原有输电通道容量有时无法满足需要。如何才能有效利用已建成线路的输送能力呢？输电线路动态增容技术就是解决之道。作为智能输电线路技术支撑系统的重要部分，它不仅能够提高输电设备的利用效率，还能帮助运行人员更好地掌握当前线路的运行状态，从而提高电网运行的安全性和可靠性。
　　“但当输电线路的输送容量增加后，输电线路就会往下垂，这就好像用绳子晾衣服一样，衣服重量增加了，晾衣绳就会下弯。”刘亚东形象地解释说。在杆塔高度一定的情况下，如果弧垂过大，就会产生安全隐患甚至造成对地放电等事故。
　　为此，刘亚东他们针对单点—温度测量值无法代表整条线路温度的难题，从输电线路的热力学模型入手，发明了基于张力和温度稳态参量的输电线路热稳定容量评估模型，突破了热稳定容量评估方法粗放化的瓶颈；提出了基于Elman神经网络的多时间尺度热稳定容量预测方法和基于马尔科夫—蒙特卡洛的增容运行风险评估方法，建立了增容运行、N-1故障等不同工况下的运行准则。根据现场试验表明，该方法可将输电线路的输送容量提高35%。
　　漫漫科研路，历经多年的政产学研联合攻关，刘亚东他们通过理论分析、关键技术研究、仿真试验测试、系统开发和现场应用，最终研制出了输电线路分布式故障定位装置、输电线路动态增容装置、输电线路综合监测装置、故障录波装置和输电线路状态评估与故障分析系统5类智能化产品。刘亚东作为负责人、第一完成人的“架空输电线路智能化关键技术及装置”项目也因其原始创新性和实用性而荣获2017年度上海市技术发明奖一等奖。基于刘亚东他们在相关领域取得的先进成果，美国USi公司也主动寻求合作。目前双方已共同设立中美智能输电联合研发中心，并获得中国科技部和美国能源部两国政府项目支持，他们将共同引领输电线路智能化技术的发展。
　　值得一提的是，分布式故障定位技术已入选中国电机工程学会遴选的2016年电力新技术目录；动态增容技术获得以瑞典科学院、瑞典工程院、瑞士工程院和美国工程院四院院士Goran Andersson为代表的国际同行的认可。“分布式故障定位与动态增容技术，现已拥有标准的物资编码，在我国已经大面积推广应用。其中分布式故障定位装置每年招标的规模大概在10亿元左右。”刘亚东欣慰地说道。
　　科技兴国。未来，刘亚东这位年轻学者还将在配电网故障检测领域深入研究，继续履行新时期下科研工作者的神圣使命，为中国智能电网的建设献出一份力。科