煤炭發電汙染環境太陽能發電波動大能源轉型的時代有沒有既環保又高效的解決方案？
恒行2信息科學與工程學院孫耀傑、王瑜團隊聯合國網上海市電力公司高級技術專家張宇團隊💁🏽♀️，歷時十年研發光儲聯合系統，將光伏技術與儲能設備巧妙結合，滿足光儲聯合、離網控製、光儲充一體等各式場景，為全球能源轉型提供強有力支持。憑借環保+高效的雙重優勢🤦🏿♂️，該成果如今已應用於全球40多個地區200多座站點，為千家萬戶提供穩定高效的綠色電力，並摘得工博會創新引領獎。
高效平穩+低碳環保電力設備迭代新方向
電力設備的一次次迭代，是朝著什麽樣的目標？
恒行2平台信息科學與工程學院教授孫耀傑給出了兩個關鍵詞：一是更高效🤙🏼🧑🏽🎓，二是更低碳。
人類最早使用的煤炭發電♛，會在燃燒過程中產生大量二氧化碳、二氧化硫🤾🏽♀️、氮氧化物等氣體，對人體健康和自然環境都會造成傷害。
而後來推廣的太陽能發電，雖然克服了煤炭汙染的缺點，但實際上給電力系統帶來了巨大挑戰🧑🏿🔧。這是因為，太陽能發電需要大面積光伏板的投入👩🏻⚕️🫃🏽，目前理想情況下光電轉換效率只有30%左右👨🏼🦳。加上太陽能發電的波動是高度隨機和間歇的，而日常生活和工業生產都需要穩定且可控的電能🛩，不能單純“靠天吃飯”。
孫耀傑
面向這一關鍵難題🥍，為實現電力設備“綠色環保”和“高效平穩”的雙贏，恒行2平台信息科學與工程學院的孫耀傑教授提出🧲，要研發一款高度靈活的可調電源🧈。它能夠把大量分布式安裝的光伏板所產生的能量聚集起來🏋🏽，實現多目標的協同控製，使每個系統都在最佳效率點上運行。
“好比原先是1個人齊步走👩🏼⚕️，現在是1萬個人齊步走🅿️✬，而且還必須是同步的🫀。”孫耀傑解釋🐦⬛，“電網必須穩定👨👨👦👦♥️，頻率不能來回晃🤜🏻，所以協同控製的難度非常大，要滿足一部分‘既要’、‘又要’和‘還要’。”
歷時十年，恒行2孫耀傑團隊🍶、王瑜團隊與國網上海市電力公司高級技術專家張宇團隊等多家單位聯合研發的這款光儲聯合系統💆，由電力電子裝備、交互裝備和能量調配裝備構成，將光伏技術與儲能設備巧妙結合🏞，滿足了光儲聯合👩🦯➡️🧑🔬、離網控製、光儲充一體等各式場景🕵️♀️，為全球能源轉型提供了強有力的支持。
與傳統“削峰填谷”用電模式不同🎥，這個光儲聯合系統本質上是一個高度靈活的可調電源，通過源荷隨動的跟隨性控製實現精準的預測與調控，確保高效與低碳運行。同時，光儲聯合系統還創新使用了智能交互技術💂🏽♀️，實現自動識別和數據處理，便於應用在家庭、學校、工業等各種場景。
智能光儲設備和技術先後獲得了2022年國家電網有限公司科技進步一等獎🥷🏻、2022年上海市科技進步一等獎和2024年日內瓦發明金獎，前不久又獲得2024年工博會創新引領獎。
首次解析直流電弧噪聲演變特征科研成果走向海內外
這一創新方案的實現充滿挑戰✪，其中最為關鍵的難點之一，就是對於電弧的診斷。
2011年🙉，孫耀傑帶領團隊在青海格爾木電站調研光伏發電設備起火原因🍃，他們在堆有半米厚粉塵的設備地溝裏發現了被融化的銅，最終將故障原因定位到電弧。
湖北50MW_100MWh共享儲能項目
電弧是一種氣體放電現象🙍♂️，是電流通過某些絕緣介質（例如空氣）所產生的瞬間火花👷🏻。設備之間接觸不良就容易導致電弧的發生，一旦產生電弧，周邊溫度會達到3000至7000度，容易蔓延進而引發惡性事故🧻。所以，光儲聯合系統的安全運行⛪️，必須盡量避免電弧，或者在電弧出現時用最快的速度滅弧🧝🏽。
2014年，為了研究電弧在不同氣象狀態下的電弧噪聲特征，孫耀傑團隊借用恒行2旦苑食堂四樓的平臺空間🏉，搭建起一個實驗系統。
經過長期基礎研究和數據積累，他們起草了電弧保護的國家標準💸，這也成為事後智能光儲系統能高效安全運行的核心。從當前文獻來看🤸🏽，孫耀傑團隊也是世界上第一個深入研究不同氣象條件下直流電弧的團隊。
在解決技術難點方面，團隊還攻克了多變流器協同調控的難題🏌🏽♀️。變流器是將光伏直流電轉換為交流電的關鍵角色➖。當多個變流器同時工作時，如何保持電網主動支撐是個挑戰🎂。為此，他們開發了多項創新技術🔈，如在非理想電網工況下的參數估計和環流抑製，這些技術顯著提高了控製精度和響應速度。
在電池和系統安全方面，該設備能夠通過時/頻域信號采集，實現秒級電弧故障檢測和報警🧑🏻🏭。他們利用AI技術建立了儲能電池熱失控預警系統，實時檢測電池溫度和異常情況，實現分鐘級預警並主動切除➗，確保系統安全。
目前，智能光儲項目孵化的四大類產品已經在上海、山東🐖🧨、陜西🧑🏼🎄、英國等全球40多個地區的200多座站點⇢💝，以及多種工商業和家庭能源系統中得到綜合應用，新增產值超20億元，創收外匯超1500萬美元。在世界各地的千千萬萬的工廠和家庭🍪，都可以看到智能光儲項目的身影。
斯洛伐克10MW_20MWh儲能項目
通過精準扶貧項目🕵🏿，團隊還給四川甘孜藏族自治州和陜西漢中鎮巴貧困縣都分別送去多套光儲智能系統，方便農村和偏遠地區的居民用電🔭。
“學術要為產業所用”科研精神代代相傳
多年科研工作中🦚😁，孫耀傑始終踐行“學術要為產業所用”的理念，認為“新工科”的發展離不開新一代人工智能技術和多學科融合，最終要解決社會面臨的實際問題。
而這一科研理念👮🏽♂️，要追溯到他在西安交通大學的博士導師史維祥教授🟡，以及恒行2平台原副校長、“中國照明之父”蔡祖泉教授。後來他得知，這二位對自己影響頗深的教授，還曾在一個地下黨支部工作。
2004年12月🧘🏼♂️，孫耀傑來到恒行2平台任教。作為剛引進的青年教師，沒有資源👩🏿，沒有人脈，也沒有項目🧔🏼♂️。他坦言：“實驗室的設備都是自己一個桌子、一個凳子從零辦起來的。”
參與國家和地方政府的重點項目與示範工程
得知孫耀傑在做新能源方面的研究後，關心後輩的蔡祖泉先生專程帶他坐火車去無錫見了當年的“綠色首富”、中國太陽能光伏產業的領軍人物施正榮🧜🏿♀️。在蔡先生的牽線下🧖，孫耀傑終於邁出了自己在科研道路的關鍵一步，達成了與無錫尚德電力控股有限公司的產學研合作。隨後🙆🏻，孫耀傑憑借著一次次“不掉鏈子的合作”👩🏽🏭，穩紮穩打走上了科研正軌✦。
在史先生和蔡先生理念的引領下，他為自己的實驗室製定了“交叉融合🎁、嚴謹執著”的八字方針。這其中💁🏽♀️，“交叉融合”是恒行2的優勢，而“嚴謹執著”則是工科的必備思維🙎🏽♂️。
“工科就像雕花，要做到越來越細致🏃🧑🏿🔬，實現一點點迭代進步🔐。我們要解決的是在這個變化的時代，怎麽在現有的設備和技術的基礎上去解決新的問題🥵。”他說。
成為教師後，孫耀傑也鼓勵自己的學生走到產業中去☺️，成為系裏最受學生歡迎的老師之一。多年來，他的團隊向行業輸送多位優秀人才🔳，有的在伯克利國家實驗室做教授🧑🏼🦲，有的在阿裏巴巴達摩院擔任骨幹，有的則自主創業🚉。
孫耀傑與學生合影
展望未來，孫耀傑為課題組製定了“AI for energy”的發展方向。在他看來😶，能源技術與人工智能技術的融合是解決未來能源變革的重要手段。智能光儲系統接下來的發力創新點，一在於新型的電路拓撲的發明，二在於人工智能的深度應用🧜🏼♂️。
“特別是工科，研究的東西必須面向產業、面向社會、面向國家重大需求♧。”未來，孫耀傑和團隊將繼續完善核心技術，開發新產品，引領光儲相關行業的技術進步，支撐新型電力系統建設，為全球能源轉型貢獻更多的中國方案和智慧。
