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编者按：习近平总书记指出，“科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。”为助力高水平科技自立自强，中国科协科普部联合光明网推出“院士高端科普”栏目，邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答，服务引导更多科技工作者提升科研科普能力，促进全民科学素质提升，为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普
如何在满足电力需求的同时，最大限度地提高能源利用效率，降低成本，并确保系统的稳定性和可靠性？如何克服可再生能源的间歇性和不确定性，实现与传统能源的高效协同？如何保护关键基础设施不受网络攻击的影响，维护国家安全和社会稳定？
这些问题都是我国能源领域面临的重大挑战，也是我长期以来以系统工程的视角高度关注和深入研究的科学问题。
从能源电力系统优化到网络安全，我力争面向世界科学前沿和国家重大需求，勇攀科学高峰。
正如交响乐团中指挥的作用不可或缺，我们数学模型与优化算法这根“指挥棒”，精准调控着复杂系统的每一个“音符”，让看似杂乱无章的数据在算法的引导下演绎出和谐美妙的旋律。
20世纪90年代，我在美国康涅狄格大学读博期间，在与美国东北电力公司的合作项目中，提出并实现了创新的电力调度决策优化方法，置换了软件的关键部分。投入这项工作中时，我发现企业原有的方法和软件功能基于经验，没有系统优化的功能。通过建立先进的数学模型，提出先进的优化方法，在考虑复杂外部因素的同时，实现了对电力系统资源的优化调度。最终，这一创新方案将原本耗时一周的人工加计算机辅助决策周期缩短至一分钟内，显著降低了系统运行成本并极大提高了效率。
很荣幸，这项工作受到了合作企业的高度评价，他们称赞为“置换原有程序的心脏”。
回国之后，我延续这一创新工作，继续在电力系统优化方面开展深入研究。
我把视野聚焦于中国，特别是西北地区复杂多样的电力网络。西北电网涵盖水电、火电等多种电源类型以及各类负载，其规模之大、结构之复杂在当时全球范围内位居前列。
当时尽管风电和光伏发电尚未形成规模，但西北地区电力系统的协调优化面临严峻挑战，尤其是黄河流域的水火电协调优化调度，复杂度远超美国同类系统。解决这个问题是国家重大需求，对我国国民经济发展有着重大意义。
我在国家杰出青年科学基金项目资助下开展工作。我和科研团队的同事们综合考虑各种电源特性和负载需求，力求在保障稳定供电的同时，实现电力系统资源的高效利用和成本的有效控制。通过不懈努力，我们团队提出了新的电力系统优化调度理论和方法，在创新性方面达到了世界一流水平。
令人感到欣慰的是，这项成果不仅解决了我国西北电网优化调度面临的难题，也为我国能源行业的可持续发展开辟了新路径。
实际上，这项研究非常契合当前发展绿色生产力的理念，应用这项成果能够为实现“双碳”目标，做出重大贡献。
完成杰青项目之后，我把重点转向如何有效利用高度不确定的可再生新能源，如何突破经济高效的储能技术。
基于这样的目标，我们提出了“氢赋能零碳智慧能源系统”。2022年7月，我们在陕西榆林建成世界领先的氢赋能零碳智慧能源站，并投入使用，实现了零碳和经济性的双示范。
少年时代，我只上过4年小学和1年半小学附设的初中班，没有进过中学。我不满15岁时，有幸被工厂招进乐队担任di笛手，从民工转成了正式职工，后来当了木工、钳工、车工。在工厂的近8年时间里，我自学了初中和高中的全部数理化课程，参加了1977年恢复的高考，被清华大学录取，在自动化系本科和研究生毕业。
正是因为这些经历，我习惯于“反向思考”，这一思维方式不仅助力我解决科学研究中的困难与挑战，也为探寻艺术与科学的交叉结合提供了新机遇。即使我已经以理工科教学科研为职业，依然坚持以艺术启迪科学。
我和科研团队发现，音乐旋律的统计特性与自然界现象和工程系统呈现相同的“幂律分布”。于是，我们深入探讨音乐旋律的数学本质以及作曲家在创作时无意识追求的目标。在总结出音乐作曲理论中的3个数学特征后，构建了音乐旋律的数学模型，推导出音乐旋律的幂律。我们正在与音乐家和脑科学家合作，承担基金委交叉学部的重大专项项目，深入研究音乐计算智能，建立音乐智能与脑认知的量化关联关系。
近年来，我致力于拔尖创新人才培养，教育学生在科学探索中融入艺术思维，培养学生的科学想象力和“0到1”的科技创新思维。
（作者：管晓宏，系中国科学院院士、西安交通大学电子与信息学部主任，甘晓采访整理）
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