编者按
亲，哪天能够看到你的故事呢？
在学校博士生短期出国基金和导师的资助下，我有幸能够前往美国哈佛大学工程与应用科学学院进行为期半年的访学。在多天的时间里，我充分感受了哈佛大学悠久的历史和浓厚的学术氛围。我也和国外导师合作，在所从事的研究领域取得了一些进展，访学期间的学术成果主要包括在审SCI论文1篇，准备中SCI论文1篇，进入实质性审查的发明专利2份。
哈佛大学是美国历史最悠久的高等教育机构，成立于年，已经历多年的风风雨雨，比美国建国还要早年。哈佛大学居世界大学学术排名榜第一，泰晤士高等教育世界声誉排名榜全球第一，《美国新闻与世界报道》全美大学（本科）排名榜第二。目前哈佛大学有大约名教职工，多名本科生和多名研究生。哈佛大学有将近37万校友分布在世界各地，其中超过27万人生活在美国，近人生活其他在个其他国家和地区。建校至今，哈佛大学诞生过8位美国总统、20多位国家元首和诸多国际组织领导人；取得的学术成就无与伦比，产生过位诺贝尔奖获得者，此外还诞生过62位健在的亿万富翁。哈佛大学的校训是“Veritas”（拉丁文“真理”）。哈佛大学图书馆是世界上最大的学术图书馆，拥有万卷图书，约4亿件手稿，万张照片，1亿万存档的网页，和5.4TB的原生数字档案和手稿。哈佛大学下设13个学院，分别为哈佛大学文理学院、哈佛商学院、哈佛大学设计学院、牙科医学、哈佛大学神学院、教育学院、哈佛法学院、哈佛医学院、哈佛大学公共卫生学院、哈佛大学肯尼迪政治学院、工程与应用科学院、哈佛大学研究生院、哈佛学院，另设有拉德克利夫高等研究学院，共计46个本科专业，个研究生专业。
访学单位总体情况
我本次前往的是哈佛大学工程与应用科学学院（SchoolofEngineeringandAppliedScience，SEAS），相比哈佛大学传统的人文学科和自然学科，哈佛大学的工程科学发展较晚。工程与应用科学学院成立于年9月20日，这是71年前哈佛大学成立肯尼迪政府学院以来首次成立新的学院。5年，工程与应用科学学院收到来自校友约翰·保尔森一笔高达4亿美元的捐赠，这也是哈佛大学校历史上最大的一笔捐款。哈佛大学为了纪念他慷慨的捐赠，便将他的名字放在SEAS前，即哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院。
哈佛大学工程与应用科学学院的学生的研究方向可以分为四个方面：应用数学、应用物理、计算机科学以及工程科学。学院没有固定的下设专业部门，一位教师的研究和教学往往会涉及到多个学科，譬如我在哈佛的导师的研究方向就包括了电气工程和应用数学。
虽然工程与应用科学学院成立时间不到十年，但是哈佛的工科其实是有着悠久的历史和传统的。早在年，哈佛就曾经成立过工学院——劳伦斯科学学院（LawrenceScientificSchool）。但是该学院在年被解散，因为当时校方认为实际应用型的研究与哈佛偏向基础研究的大方向不协调。后来工程和应用科学各专业使用过各种名称，并于年成立了工程与应用科学部。尽管在哈佛校内的行政地位变动频繁，但是工程与应用科学各专业仍然有着相当出色的研究成绩。GeorgeWashingtonPierce在年发明了晶体振荡器，后来被广泛应用在收音机和电视中，HowardAiken等人在年发明了世界上第一台大型自动电子计算机——MarkI，NicolasBloembergen,EdwardMillsPurcell与RobertPound等人于年发现了核磁共振，Purcell还因此获得了年诺贝尔物理奖。工程与应用科学学院的知名校友还包括美国微软公司创始人BillGates，Facebook创始人MarkZuckerberg等。
访学工作总结
我在博士阶段的课题是受端电网短期电压稳定性研究。我国的受端电网具有负荷高度集中、感应电动机负荷比例高等特点，其短期电压稳定性面临较大威胁。电力系统出现电压崩溃的核心原因被认为是在故障后，系统的动态无功供应不能满足动态无功需求。提高短期电压稳定性的方法根据应用的对象，可分为供应侧方法和需求侧方法。其中我从4年初已经开始对前者的研究，在电力系统顶级期刊IEEEtransactiononPowerSystems发表论文1篇，另有一篇处于二审阶段，此外还发表了EI论文4篇，发明专利4项，实用新型专利1项。在出国期间，我的研究工作主要围绕着后者而展开，即从负荷侧考虑如何减少故障后的动态无功需求，研究需求响应技术应用在实际电网的可行性以及对提升短期电压稳定性的有效性。研究思路和内容包括2个方面：
第一是基于需求响应的紧急控制。低压减载是电网负荷侧中常用的短期电压稳定紧急控制措施，当监测到电压低于某一阈值一定时间后，就会断开相应的负载，减少故障后系统的动态无功需求，防止电压崩溃。传统方法以电压作为开关动作的指标，实际上，电压失稳是短期电压稳定问题的最终表现，而电网中电动机转速降低并吸收大量动态无功才是短期电压稳定问题的根源。此外传统方法也没有考虑到紧急需求响应资源的利用。为了解决这一问题，我在研究中采用了一种基于电动机转速的减载方法，既利用了紧急需求响应资源，也能够合理分配减载的数量，系统的短期电压稳定性也得到了进一步的提高。目前相关的一篇论文已投稿电力系统的顶级国际期刊，处于二审阶段。
第二是基于需求响应的预防控制。电压稳定的预防控制往往涉及到发电的安排、电容器的透切、负荷的切除和平移等，要在尽量减少成本的前提下，最大化的提高系统的电压稳定性，因此其往往都会被建立为一个优化问题的模型。我处理这一问题的建模思路是利用可平移负荷的在时间上的可移动性，对每日负荷曲线进行优化，使系统每一时刻的负荷都在某一限制之下，减少负荷过重的时刻，从而提高系统的短期电压稳定性。具体的算法主要涉及到凸松弛和相应的分布式算法的研究。目前论文已基本完成，计划近期内投稿电力系统的顶级国际期刊。
访学期间主要收获
成果收获
1）完成论文“AnEmergency-demand-responseBasedUnderSpeedLoadSheddingSchemetoImproveShort-termVoltageStability”，于今年4月份投稿SCI收录的电力系统方向顶级国际期刊IEEETransactiononPowerSystems，目前处于二审状态。
2）完成论文“DemandResponseBasedPreventiveControltoImproveShort-termVoltageStability”，计划投稿SCI收录的电力系统方向顶级国际期刊IETGeneration,TransmissionDistribution。
3）完成发明专利“一种电力系统电动机转速估计与暂态电压稳定评估方法”，已进入实质性审查阶段。
4）完成发明专利“一种基于紧急需求响应技术的电力系统减载方法”，已进入实质性审查阶段。
访学工作对本人和所在学科领域的促进
我在哈佛大学的导师是NaLi教授，她年进入浙江大学竺可桢学院理科平台学习，年数学系本科毕业获理学学士学位，3年获得加州理工学院控制和动力系统的博士学位。加入哈佛大学工程与应用科学学院前，她在麻省理工学院开展了为期一年的博士后研究。NaLi在哈佛大学的研究领域是电气工程与应用数学方向，担任助理教授刚满一年，就获得了美国国家科学基金会颁发的教师早期职业发展奖（CAREERAward），该奖项是表彰科学与工程领域新兴研究人员的最著名的奖项之一。在NaLi的指导下，我开始了分布式优化算法的研究，并将其应用到电压稳定预防控制的论文中。具体步骤是将电压稳定预防控制问题的设计规范为一个多目标约束优化潮流问题，在保证功率平衡、电网安全以及各方数据隐私的条件下兼顾电网和用户双方的利益诉求，实现需求响应的均衡与优化决策。在算法上，将原始的“非凸”优化潮流问题“松弛”成“凸”优化问题并设计分布式算法求取全局最优解，开辟了一条与经典优化问题及其局部优化算法不同的新途径。基于预测-校正极大乘子法构建的分布式优化方法，能够实现需求响应策略的全局最优性，保证了需求响应策略的互惠性、隐私权与可扩展性。
值得一提的是，今年的IEEEPESGeneralMeeting正是在波士顿举办。会议由IEEE（美国电气和电子工程师协会）的PES分会主办，是电气工程领域公认的世界范围内级别最高的综合性学术会议。在会议期间，不仅可以一睹诸多学术泰斗的风采，还可以看到一些世界著名公司的展示。会议从7月16日开始，持续到7月21日，共有全世界电力系统方向研究学者、企业家及学生共计数千人参加。本次会议上，我投稿的论文是“AnIntegratedHighSideVar-VoltageControlStrategytoImproveShort-termvoltagestabilityofReceiving-endPowerSystems”，在电力系统动态特性分区作了口头汇报。通过交流，我认识到在这一领域还有很多值得探索的方向，这为我以后的科研之路提供了参考，同时我也开始思考如何在已有的研究基础上进一步挖掘，让自己的研究成果能够达到国际先进水平。结束了自己的展示之后，我还选择性的听了自己感兴趣的研究方向的相关报告，有助于我拓宽思维，寻找学科之间的交叉点，也让我了解其他研究方向上的新进展。
在访学和参会的过程中，我结识了很多国内外的同行，还认识了很多在国外工作、创业和求学的校友，他们对国内外电气专业的现状、发展前景以及我国电力行业发展的机遇、存在的问题都有着充分而深刻的认识。通过和他们的交流讨论，我加深了对所学专业的热爱，同时也和很多国外的师兄师姐建立了联系，使我之后能够更加及时的了解所研究领域的国际先进成果。
在这半年的时间里，我不仅学到了许多专业相关的知识，了解了当前国际上前沿的研究方向，还进一步锻炼了英语能力。我认识到英语的听力、口语和英文论文的写作一样重要，都能让别人更深入的了解自己的研究成果。只有通过和国外专家、学者面对面的交流，才能更好的从他们的评论中得知自己研究成果中的闪光点和不足之处，从而进一步拓展研究的广度和深度。
访学体会
波士顿是美国最古老、最有文化价值的城市之一，哈佛大学在美国也是历史最悠久，最受人景仰的学校之一。在访学期间，哈佛的培养模式和校园文化给我留下了深刻的印象。
第一，课程范围广。哈佛大学规定所有本科生除了主修课程以外，还需完成八类大学通识教育课程，它们分别是：美学与解释性理解（AestheticandInterpretiveUnderstanding），文化与信仰（CultureandBelief），经验与数理（EmpiricalandMathematicalReasoning），伦理（EthicalReasoning），生命科学体系（ScienceofLivingSystems），物理宇宙科学（ScienceofthePhysicalUniverse），世界与社会（SocietiesoftheWorld）以及美国与世界（UnitedStatesintheWorld）。哈佛设置大学通识教育课程的宗旨是使每个哈佛的毕业生在接受特定的学术专业课程的同时，还能够接受广博的教育，建立起对人类的基本认识，而不是一种技术的、功利的认知。基本伦理和价值的教育能够使人有更坚定的信念和更强大的内心，不会被眼前的障碍吓倒。常识性和真理性知识的熏陶，使人的眼光更为广阔和长远，能够更好的规划人的一生。通过接受哲学、生命、数学、物理、伦理、世界等的全面教育，哈佛的学生能够建立更完备的知识体系，能够更清晰的对职业生涯和个人发展做出规划。
第二，培养目标高。哈佛大学注重基础研究，对博士生的培养有较高的要求，即希望毕业的博士生能够在所研究的领域中从基本原理出发，探索问题最根本的逻辑，在理论层面上提出创新，对研究内容的应用则没有太多要求。博士生的毕业看重的不仅仅是论文的数量，更重要的是在业内的影响力。由于从事前沿的研究并不能保证一定会有突破性的成果，所以如果在最后两年没有取得进展或者证明了原来的思路行不通，导师往往安排一些应用性的工作，保证学生毕业时能够有一定的成果。
第三，学术讲座多。哈佛大学每天都有特别多的学术报告和交流活动，让人应接不暇，甚至暑假期间都经常会有各专业的顶尖专家和学者们来做报告，并和哈佛的学生们面对面进行交流。这些报告会和学术会上接触到的最先进、最前沿的研究方法和成果是哈佛学生重要的信息来源。和国内讲座的风格不同，这里的经常会在演讲的现场上演长时间的激烈讨论，哈佛学生比较信奉的一句话是——“批评是对一个演讲者最大的肯定”。频繁的学术交流为所有参与人员提供了更多的学习和思考机会，同时也提供了很多未来合作的机会。
第四，公共空间大。哈佛的实验室里，属于每个人的空间比较小，但是公共空间非常大。在实验室所在的楼内，随处可见桌椅、沙发，供学生之间及学生与老师之间交流。在实验室中久坐后，走出来在公共休息区域看看书，或者约上同学和朋友一起出来讨论问题，不经意间就会有一些新的灵感迸出。
总结与建议
在这半年的时间里，我增长了见识，启迪了思维，丰富了经历，也认识到了自己存在的不足，明确了改进方向。我结识了很多领域内的专家学者和兄弟学校的朋友，对我今后的学习，工作和生活都会有非常大的帮助。我对博士阶段的研究课题有了更清晰的规划，研究思路也更加成熟，我对自己也更加充满信心。在接下来的学习和研究过程中，我会更加勤奋和努力，力争取得更多更好的科研成果，不辜负学校和导师的期望。
衷心感谢美国哈佛大学工程与应用科学学院NaLi教授、WenboShi博士后、XuanZhang博士后的热情接待和耐心的指导，感谢本实验室姜齐荣教授、谢小荣副教授的支持和同学们的帮助，并且特别感谢研究生院、国际处的老师在各项手续办理中提供的指导与帮助！最后，我要特别感谢学校设立的博士生短期访学基金。
本文来源：清华大学电机系董宜鹏同学的访学总结报告
编辑：叶健成清华大学研究生院学生记者
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