薛禹勝院士：科研“黃金時代”永遠在當下

薛禹勝（1941—）

中國工程院院士，穩(wěn)定性理論及能源電力專家，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽院長。開創(chuàng)了時變非線性運動系統(tǒng)穩(wěn)定性量化理論，發(fā)明的擴展等面積法（EEAC）理論與算法，攻克了電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性量化分析的世界難題，是迄今為止國際上唯一得到理論證明并實現(xiàn)工程應(yīng)用的量化分析方法；研發(fā)了該領(lǐng)域中國獨有、全球引領(lǐng)的廣域監(jiān)測分析保護控制系統(tǒng)（WARMAP），并成功應(yīng)用于我國90%的省級以上電網(wǎng)；提出了能源的信息-物理-社會系統(tǒng)（CPSSE）框架以及電力主動支撐能源轉(zhuǎn)型的整體解決方案，為國家、地區(qū)以及能源企業(yè)的清潔轉(zhuǎn)型提供了理論指導(dǎo)和決策支撐。曾獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎1項，國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎3項，國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎2項，何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進步獎1項。

2020年，薛禹勝在第五屆紫金論電國際學(xué)術(shù)研討會作專題報告。

薛禹勝研究EEAC期間的部分手稿。

2022年，薛禹勝（前排左一）及夫人（前排右一）與采集小組部分成員的合影。

2003年，薛禹勝在三峽參加左岸緊急控制裝置調(diào)試。

薛禹勝（前排中）指導(dǎo)EEAC小組開展課題研究。

2003年，北美“8·14”大停電釀成有史以來最大規(guī)模的停電災(zāi)難，這一事件引發(fā)了薛禹勝的關(guān)注和反思。該事件發(fā)生不到一個月時間，他就發(fā)表了《綜合防御由偶然故障演化為電力災(zāi)難——北美“8·14”大停電的警示》的文章，在國際學(xué)術(shù)界第一次提出停電防御框架的概念。而后，薛禹勝組織研發(fā)了廣域監(jiān)測分析保護控制系統(tǒng)（WARMAP），在我國華東地區(qū)，以及四川、江蘇等地應(yīng)用。薛禹勝因此被稱為我國“停電防御框架的總設(shè)計師”。

從攻克電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制的世界難題，到帶領(lǐng)團隊迎接能源安全與能源轉(zhuǎn)型的新挑戰(zhàn)，數(shù)十年來，薛禹勝始終以守護大電網(wǎng)安全、推動能源電力技術(shù)進步為己任，且已結(jié)出了累累碩果。

“一輩子辦成一件事”，薛禹勝一生都在踐行這句話。耄耋之年，他依然朝氣蓬勃。他認為，現(xiàn)在仍然是自己科研的黃金時代。

1 科學(xué)興趣萌芽，堅韌筑就基石

20世紀40年代初，戰(zhàn)火的蔓延迫使薛禹勝的父母離開家鄉(xiāng)無錫。1941年2月7日，薛禹勝于重慶出生，父母為他取名為“勝”，寄托著對抗日戰(zhàn)爭勝利的迫切希望與堅定信心。幼年的他，在硝煙彌漫的環(huán)境中成長。直至1945年日本投降，薛禹勝一家才得以重返故鄉(xiāng)無錫。

薛禹勝的父母曾在無錫執(zhí)教，父親創(chuàng)辦過學(xué)校，他們深知教育對于國家與個人的重要性。母親以“認真做事，老實做人”為準則，嚴格要求兒子的德行修養(yǎng)。父親則言傳身教，對薛禹勝的書法、語言表達和資料整理能力產(chǎn)生了深遠影響，為他日后的科研事業(yè)打下了堅實的基礎(chǔ)。

在重慶接受啟蒙教育后，薛禹勝隨家人回到無錫念小學(xué)，隨后在1948年舉家遷至上海。在初入中學(xué)時，他仍像童年時愛玩，經(jīng)常與同學(xué)們“打彈子”“甩牌子”，但受到成績優(yōu)異的哥哥的影響，薛禹勝在初二時突然覺醒，開始全身心投入學(xué)習(xí)，成績迅速提升，在班級中嶄露頭角。

高中時代，薛禹勝對數(shù)學(xué)與物理的興趣越發(fā)濃厚，經(jīng)常與同學(xué)們研討數(shù)學(xué)難題，首次踏入圖書館便是為了探索物理原理，這些鍛煉了他的抽象思維和邏輯推理能力。在機械制圖課程中，他展現(xiàn)出的天賦更是讓老師眼前一亮，并提醒他母親要著重培養(yǎng)。在班上，薛禹勝因豐富的想象力和出色的寫作能力脫穎而出。他的作文常受到老師稱贊，在高三時，他創(chuàng)作的一篇科幻小說《遺忘在火星上的日記本》贏得了同學(xué)們的喜愛和認可。

在“向科學(xué)進軍”的號召下，薛禹勝滿懷熱情，決心投身中國科學(xué)技術(shù)事業(yè)，立志做一名科學(xué)家。1958年，薛禹勝在上海五四中學(xué)完成高中學(xué)業(yè)。雖然高考成績優(yōu)異，但因“家庭出身問題”與心儀的清華大學(xué)失之交臂，以高分被山東工學(xué)院（今山東大學(xué)）發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)錄取，從此與電力領(lǐng)域結(jié)下了不解之緣。

在大學(xué)里，薛禹勝認真對待每一門課程，無論是電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程，還是高等數(shù)學(xué)、機械制圖等，都投入了大量的時間和精力。在發(fā)電廠實踐中，他向工人認真學(xué)習(xí)，動手能力得到了極大的鍛煉和提升。

薛禹勝的大學(xué)生涯充滿著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等非學(xué)術(shù)活動，盡管身體條件不如其他同學(xué)，經(jīng)驗也并不豐富，但他憑借著不服輸?shù)男愿瘢彩且а缊猿至讼聛怼Ｔ凇叭昀щy時期”，師生們飽受饑餓之苦，但薛禹勝認為“更痛苦的是知識上的饑餓”，他堅持自學(xué)，充實精神食糧，度過了那段艱難的時光。

天道酬勤，薛禹勝在學(xué)業(yè)上得到了回報。他的成績被全班公認為最優(yōu)異，老師甚至讓他為同學(xué)們授課。畢業(yè)分配時，系里的教授聯(lián)名給學(xué)校寫報告，希望將薛禹勝留在山東工學(xué)院任教。雖然最終還是因為“家庭出身問題”而未能如愿，但薛禹勝已經(jīng)磨礪出堅定信念。這讓他在未來的科研道路上永不言棄，始終保持著對生活的熱愛和對目標的向往。

2 結(jié)緣電力行業(yè)，創(chuàng)立薛氏算法

1963年9月，薛禹勝從山東工學(xué)院畢業(yè)，憑著優(yōu)異的成績被分配到水利電力部技術(shù)改進局（中國電力科學(xué)研究院前身）工作。

初出茅廬，薛禹勝就表現(xiàn)出極強的創(chuàng)新思維和動手能力。他主要承擔(dān)完成了我國第一套特高頻繼電保護裝置的研究、制造、調(diào)試、投運工作，破解了過江電纜與架空混合線路的特性阻抗極度失配而無法配置主保護的難題。該裝置從1966年開始一直穩(wěn)定運行到20世紀80年代過江電纜報廢為止。在此工作期間，薛禹勝偶然在一次學(xué)術(shù)報告中聽到蘇聯(lián)科學(xué)家維尼科夫提出的單機無窮大系統(tǒng)的等面積法則（EAC），這給了他很大啟發(fā)，也由此萌生了擴展等面積法（EEAC）的初步構(gòu)想。

1969年底，薛禹勝和同事們來到了水利電力部在河南省平輿縣修建的“五七干?！保邮苤R分子再教育。在這段日子里，薛禹勝找到了一本《赤腳醫(yī)生手冊》，開始自學(xué)針灸，后來甚至負責(zé)干校的針灸室，成了遠近聞名的“薛醫(yī)生”。

后來，薛禹勝從“五七干?！陛氜D(zhuǎn)到貴州遵義的第一機械工業(yè)部第二設(shè)計院，從電力行業(yè)改行到機械專業(yè)。盡管這并非真正興趣所在，他還是充滿熱忱，重新學(xué)起。從最基礎(chǔ)的齒輪箱、沖沙設(shè)備設(shè)計開始，薛禹勝把他的探索精神和動手能力應(yīng)用于工廠生產(chǎn)線的設(shè)計上，并再次取得成功——研發(fā)的“時序電路設(shè)計新方法及ZBSK-1型組合式步進控制器”獲1978年全國科學(xué)大會獎。

1978年，國家恢復(fù)碩士研究生招生，薛禹勝以37歲的“高齡”考入水利電力部南京自動化研究所（以下簡稱南自所，現(xiàn)南瑞集團）攻讀碩士研究生，重回電力行業(yè)。薛禹勝曾在自傳中把這次機會形容為“連夢中都未能見到的金光大道”。3年的碩士研究生學(xué)習(xí)為他后來的科研生涯打下了扎實的基礎(chǔ)，線性代數(shù)、線性多變量現(xiàn)代控制理論等新的知識和工具拓寬了他的眼界，薛禹勝開始潛心研究電力系統(tǒng)的控制問題。

薛禹勝碩士畢業(yè)后留在南自所工作。重新回到科研崗位的薛禹勝，躊躇滿志地想為中國電力事業(yè)出力，經(jīng)過仔細思考，他正式確定了自己的科研方向——電力系統(tǒng)大擾動穩(wěn)定性的量化問題。這是當時世界電力界最具挑戰(zhàn)性的難題之一，也是中國電力工程界迫切需要解決的實際問題。

據(jù)統(tǒng)計，在1970至1980年間，全國發(fā)生電力系統(tǒng)穩(wěn)定破壞事件達210次，這也是薛禹勝把目光投向電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定問題的一個重要因素。為此，他放棄了管理崗位和多次赴美學(xué)習(xí)交流的機會，于1985年遠赴比利時列日大學(xué)求學(xué)。求學(xué)期間，薛禹勝與整個學(xué)院的師生在公用終端室爭奪著一臺速度只有10MIPS的計算機資源。他不舍晝夜地探索并綜合數(shù)值積分和EAC的優(yōu)點，不斷用算例進行優(yōu)化，創(chuàng)立了EEAC。他用兩年半的時間獲得博士學(xué)位，創(chuàng)造了列日大學(xué)博士畢業(yè)的最快紀錄，也成為在該校獲得博士學(xué)位的第一位中國學(xué)者，薛禹勝在博士論文的扉頁上寫下了“獻給我的母親孫黻銓女士和我的祖國”。

EEAC從發(fā)明到推廣再到被學(xué)術(shù)界接受，經(jīng)過了一段漫長而艱辛的歷程?；貒蟮难τ韯?，帶領(lǐng)一個由年輕科研人員組成的攻關(guān)團隊，致力于改進EEAC的精度及強壯性。從1986年提出的靜態(tài)EEAC（SEEAC）開始，到1993年先后發(fā)展出動態(tài)EEAC（DEEAC）與集成EEAC（IEEAC），在這一過程中，薛禹勝始終堅持科學(xué)的精神和方法，自立自強、執(zhí)著努力，不斷完善EEAC理論并最終給出了嚴格的證明。他撰寫了100多篇論文真實記錄了整個認識過程，坦然修正前期假設(shè)中的不足，并大力推動EEAC理論應(yīng)用到工程實踐領(lǐng)域。薛禹勝曾說：“我要為中國人爭口氣，中國人創(chuàng)造的方法當然首先應(yīng)在中國電網(wǎng)中開花結(jié)果。”他和研究小組經(jīng)過10年的努力終于做到了。

3 守衛(wèi)電網(wǎng)安全，再攀科學(xué)高峰

愛國情懷始終是薛禹勝前行的動力源泉。他曾說過：“我渴望見到一個不卑不亢、自立于世界科技之林的中華民族，一個真正具有科學(xué)精神的神州學(xué)術(shù)界。”為此，薛禹勝奮斗終生，他的研究工作始終帶著國家繁榮昌盛的責(zé)任感和使命感。

1990年初，為了將三峽輸變電工程、“西電東送”、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)等重點工程順利建成投運，國家圍繞長距離輸電可行性等一系列重大技術(shù)問題，啟動了一批應(yīng)用新理論、新技術(shù)、新工藝和電力新設(shè)備的研發(fā)項目。

1994年，薛禹勝向南自所及電力工業(yè)部等有關(guān)部門建議開展三峽電網(wǎng)安全控制問題專題研究，得到了支持。三峽電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制問題研究項目被增設(shè)進“八五”國家重點科技攻關(guān)項目。薛禹勝充分利用EEAC獨一無二的快速定量穩(wěn)定分析和深刻反映穩(wěn)定機理的能力，提出了“在線預(yù)想計算，實時匹配”的自適應(yīng)緊急控制框架，研制了全新的全模型下穩(wěn)定性定量分析軟件和以該軟件為核心的半自適應(yīng)型暫態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)，從理論、分析工具和控制設(shè)備上解決了大型互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題，這個方案為2000年以后以三峽為中心的全國互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供了技術(shù)保障。1995年，薛禹勝當選中國工程院院士。

2002年，三峽電站（左岸）500千伏送出工程安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)建設(shè)工程招標。這對于致力于將理論研究應(yīng)用于我國電網(wǎng)的薛禹勝來說無疑是個良機，但是穩(wěn)定控制系統(tǒng)中設(shè)備的主要研發(fā)人員因種種原因離開了團隊。是否參與投標？當時團隊里意見不一致。關(guān)鍵時刻，薛禹勝力排眾議，表示如果項目失敗由他個人承擔(dān)責(zé)任。決定承接該工程后，薛禹勝親自參與方案的編寫，關(guān)注每一個環(huán)節(jié)，前往工地參加裝置現(xiàn)場安裝調(diào)試。這是具有里程碑式的決策，以此為契機，薛禹勝團隊研發(fā)出了具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的安全穩(wěn)定控制裝置。此后20多年里，薛禹勝團隊研制了5代具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系列裝備并廣泛應(yīng)用，這些裝備成為我國電網(wǎng)發(fā)展各階段的“全天候安全衛(wèi)士”。

2003年，北美“8·14”大停電釀成有史以來最大規(guī)模的停電災(zāi)難，這一事件引發(fā)了薛禹勝的關(guān)注和反思。該事件發(fā)生不到一個月時間，他就發(fā)表了《綜合防御由偶然故障演化為電力災(zāi)難——北美“8·14”大停電的警示》的文章，在國際學(xué)術(shù)界第一次提出停電防御框架的概念。而后，薛禹勝組織研發(fā)了WARMAP，在我國華東地區(qū)，以及四川、江蘇等地應(yīng)用，自此薛禹勝被譽為我國“停電防御框架的總設(shè)計師”。

2008年初，我國南方遭遇特大冰災(zāi)，電網(wǎng)遭到了嚴重破壞，大范圍長時間的停電使社會各界體會到電力安全對國民經(jīng)濟和社會穩(wěn)定的重要性。薛禹勝敏銳地意識到僅采集和處理電力系統(tǒng)內(nèi)部信息，不可能在極端外部條件下實現(xiàn)高精度預(yù)警。因此，薛禹勝帶領(lǐng)團隊將停電防御體系從電力系統(tǒng)內(nèi)部拓展到臺風(fēng)、雷電、山火、覆冰等外部災(zāi)害防御領(lǐng)域。

4 賡續(xù)學(xué)術(shù)薪火，正值科研“黃金時代”

薛禹勝認識到人的一生時間有限，要在有限的時間內(nèi)發(fā)揮最大的價值，就一定要做正確的事。因此他對自己的科研生涯始終有長期規(guī)劃和清醒的自我認知。從EEAC開始，薛禹勝的研究工作始終按照一定的邏輯、軌跡和方法進行，他不追熱點、不在意成果產(chǎn)出的快慢，始終朝自己心中的目標前行。他對未知領(lǐng)域的探索精神和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)完美融合的科研方式，使他在電力安全領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新。

歲月流逝，薛禹勝從未停止前進的步伐。2013年，72歲的薛禹勝創(chuàng)辦了Journal of Modern Power Systems and Clean Energy（中文名《現(xiàn)代電力系統(tǒng)與清潔能源學(xué)報》）并擔(dān)任主編，該期刊填補了中國大陸電力與能源領(lǐng)域國際性英文科技期刊的空白，在不到十年的時間內(nèi)被列入SCI Q1隊列，成為國際頂級科技期刊之一。

2016年，75歲的薛禹勝提議發(fā)起并命名的“紫金論電”系列學(xué)術(shù)活動成功舉辦。目前該系列學(xué)術(shù)活動已發(fā)展成為在中國舉辦的最具行業(yè)特色的國際化、高水平專業(yè)論壇之一。

2017年，薛禹勝在 Proceedings of the IEEE 上發(fā)表觀點性文章，提出能源的信息-物理-社會系統(tǒng)（CPSSE）框架，并在國際上持續(xù)引領(lǐng)CPSSE研究，推動了跨領(lǐng)域多學(xué)科研究的發(fā)展。2024年5月，薛禹勝牽頭的科技成果“能源的信息-物理-社會系統(tǒng)（CPSSE）：理論、技術(shù)及應(yīng)用”通過中國電機工程學(xué)會組織的科技成果鑒定。這是他在能源安全領(lǐng)域20余年厚積薄發(fā)的又一座里程碑式的成果。

薛禹勝持續(xù)深耕。2021年，80歲的薛禹勝總結(jié)了幾十年來在不同領(lǐng)域內(nèi)的研究，尤其是在EEAC理論創(chuàng)立過程中的思維方式。在工程直覺和應(yīng)用積累的啟發(fā)下，10月薛禹勝在浙江大學(xué)西湖論壇上作了題為《能源領(lǐng)域中的系統(tǒng)科學(xué)探索》的報告，而后一直與工程界和系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域研究人員討論這個課題，不斷完善自己的方法論，后將其命名為“整體保熵還原論”（WRT）。

WRT是一種基于模型仿真軌跡的認識思維，是在工程直覺和應(yīng)用積累的啟發(fā)下提出的理論，后者又推動了應(yīng)用。2021年10月至今，他在公開學(xué)術(shù)平臺作了超過50場關(guān)于WRT的學(xué)術(shù)報告，探討WRT在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性量化分析、“雙碳”路徑規(guī)劃、科研管理、標準體系設(shè)計等方面的應(yīng)用實踐。談及WRT的未來，薛禹勝希望其在交叉學(xué)科的發(fā)展上有所創(chuàng)新，在社科領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

隨著薛禹勝提出的理論和思維方法在跨領(lǐng)域多學(xué)科的深入推進，他平均每月都要更新一版研究進展，并毫無保留地與學(xué)術(shù)界分享；每年作20多場學(xué)術(shù)報告，每場報告都有新的觀點與更深刻的洞見。耄耋之年，他依然朝氣蓬勃。他認為，現(xiàn)在仍然是自己科研的“黃金時代”。