关于能源科技动向和发展的几点体会-第3页-北极星输配电网

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到了20世纪初，随着电子放大器的发展，长途电话技术开始发展，然而随着距离的增加，会出现电能损失；尽管使用了直径较大的电线，但是需要越来越多的放大器来弥补失去的能量。这就导致了电子管的弱非线性也会被多次放大，从而导致多处失真。

当时工程师唯一能够使用的理论工具就是劳斯判据，然而使用劳斯判据需要分析超过50阶的微分方程，这个计算量在数字计算机出现以前，使用人工处理是几乎不可能完成的。于是，1932年，H.奈奎斯特发明了一种通过一个开环频率响应图来确定闭环系统的稳定性，也就是一种对电话系统进行试验扫频测试的方法。之后1938年，伯德在奈奎斯特的基础上优化了绘图方法，不需要大量的计算就可以绘制图形。

然而奈奎斯特面对的是一个单输入单输出的简单系统（电话系统），而他并不能有效解决复杂系统的控制问题。在1948年，北美航空公司自动化分部（现在的波音公司）从事飞行器和导弹控制研究的埃文斯，就发现奈奎斯特方法无法解决他所面对的飞行器控制问题，所以埃文斯建议重新返回到对动力学微分方程（系统特征方程）的研究，也就是70年前麦克斯韦和劳斯的工作基础。

他发明了一种不需要求解代数方程就能进行根轨迹绘图的方法，是通过相角条件来判断一个点是否属于根轨迹的。为了帮助他们的工程师，埃文斯甚至发明了一种“螺旋线尺”，用来快速测量角度并对其进行加减，来判断相角条件是否满足，一个熟练的控制工程师依靠螺旋线尺，可以在几秒内判断相角条件是否满足。在计算机普及以前，极大地帮助了他们的系统设计和分析工程师。

以上提到的特征根法、奈奎斯特方法、根轨迹法都是针对线性系统的，虽然离心调速器本身是一个圆周曲线上的非线性系统，但麦克斯韦使用的方法是用高阶线性方程对圆周方程进行局部近似，也就是对局部的圆周曲线做泰勒级数展开，展开的阶数越高，近似越准确，但是计算会更复杂。

真正在理论上给出了非线性系统稳定性判据的是李雅普诺夫。1892年，李雅普诺夫发表博士论文《运动稳定性的一般问题》，他的研究对象是非线性运动微分方程，得到的结论也包含符合劳斯判据的线性方程的结论。可是，直到半个多世纪以后，到1958年左右才被引入控制类文献中。在这个半个多世纪里面，并不是因为奈奎斯特和埃文斯看不懂李雅普诺夫，而是因为如果要使用李雅普诺夫给出的理论方法，涉及到大量的矩阵运算，这些矩阵运算在计算机普及之前，使用人工靠一把计算尺是不可能完成的。在1960年前后，IBM公司推出了第一款商业计算机system360，才提供了这种计算能力。

现在我们做数值仿真，是把电力系统的数学模型放在计算机里面，借助计算机的计算能力得到系统的数值试验的结果，来代替真实试验的结果。这是因为真实的电力系统试验成本很高，相比起来，计算机数值试验的成本就低得多了。而大量的国内工程师只是借助国外软件提供的模型做数值试验，在国内工程师的心中却没有一个数学模型，大家只是试图从国外软件提供的仿真结果中提炼出一个简易的数学模型来进行进一步的稳定性分析，而这种做法已经被埃文斯证明是不可能的了，这种做法就是“想瞎了心”了。同时过度依赖国外软件，就容易被人“卡住脖子”。

因此，为了设计一个稳定坚强可靠的能源互联网，我们要回归到数学模型本身，重新回归到柏拉图的理型论来进行思考。要在我们的心中，而不是在国外电磁暂态分析软件中，建立起能源互联网的理论模型。要在心中建立一个柏拉图所说的理想的数学模型。当年波音公司的埃文斯就是这么做的，麦克斯韦和劳斯也是这么做的。英国哲学家柏兰特·罗素说，西方文艺复兴中的科学复兴，就是重新回归柏拉图理型论的过程[4]。

总结

不论我们愿意与否，竞争始终存在，而且新世纪的科技竞争有愈演愈烈的倾向。我们唯一能做的就是入场比赛，然后赢得比赛。虽然很困难，但是正如美国前总统约翰·费茨杰拉德·肯尼迪在他的著名演讲《我们决定登月》中提到的：“我们决定在这十年间登上月球并实现更多梦想，并非它们轻而易举，而正是因为它们困难重重。因为这个目标将促进我们实现最佳的组织并测试我们顶尖的技术和力量。”由此，我们选择一个目标应该取决于，它是否能促进我们实现最佳的组织，是否能够测试我们顶尖的技术和力量（对于我们缺少的顶尖技术，也可以做到查漏补缺）。并且取决于这个目标是否包含着历史发展的趋势和必然，是否符合“稳定者生存”的宇宙普遍法则。

所以，从这个意义上讲，“构建具有中国特色的国际领先的能源互联网企业”是一个正确的目标。我们单位也应该紧紧围绕这个目标来开展工作。事实上，我们院也确实是围绕这个目标来设置专业的，例如传感所就是要在电网的测量幅度和测量的频带宽度上进行拓展；半导体所是在电网的控制频率上进行拓展，开发更高控制频率的电力电子元件；材料所的目标是给高能量密度的特高压系统提供一个可靠的容器；直流所和电力电子所一直在做特高压关键设备和特高压输电系统的集成。

在2020年上半年，中国发生新冠疫情。在疫情发展之初，国家疾控中心的一个主任在接受记者采访的时候，引用了存在主义作家加缪的一段话：“这一切里面并不存在英雄主义，这只是诚实的问题。与鼠疫斗争的唯一方式，只能是诚实。”这段话出自加缪的小说《鼠疫》，这里的关键词是“诚实”，在另一些《鼠疫》的中文译本里面翻译的关键词是“尊严”：“与鼠疫斗争的惟一方式，就是用上我们的尊严”。这里的“诚实”或者“尊严”指的是同一个意思，就是要诚实地做事情，有尊严地做事情。医生的诚实在于认真地对待每一个病人。卫兵的诚实在于认真站好每一班岗。而科技工作者的诚实在于实事求是。实事求是的意思就是认真对待每件科研工作，不糊弄，否则就会尊严扫地，就会很尴尬。

原标题：关于能源科技动向和发展的几点体会

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