1995年，还是一名博士研究生的孙宏斌在导师相年德教授与张伯明教授的指导下，开始涉足这一研究领域，参与了国家85科技攻关项目“电力系统全局准稳态电压优化闭环控制研究及示范工程”的研究，开始了20年来在这一领域里孜孜不倦的求索。针对法国的自动电压控制系统难以解决的问题，孙宏斌的团队致力于让控制系统具有一定的自适应的特性，使系统的控制模式和方法能够跟随电网的变化而发生变化，成为灵活的、具有自动应变的控制模式的系统，同时还考虑了电网潜在的故障，使系统的控制策略能够自动应对。
2002年，对自动电压控制系统需求迫切的江苏电网找到了孙宏斌，希望开展合作。而在此之前，江苏电网还曾找过其他公司，但因为该系统研发运行的难度和责任巨大而未达成合作。然而，凭借着已有的积累和不怕失败的勇气，孙宏斌没有犹豫就接受了这个挑战，并将理论研究与工程实践深度结合。在江苏电网进行的第一次闭环试验中，当时还是一名博士生的课题组成员、电机系副教授郭庆来在机房整整守了72个小时没敢离开。“以前做的是理论分析和仿真试验，这次是真正的工程实际应用，压力非常大，只能一直在现场盯着控制曲线和效果。”郭庆来说，“但是当真正看到控制指令发送到实际电网系统中，设备按照预想策略动作并达到理想的控制效果时，作为一个工科研究人员，那一刻的成就感这辈子都忘不掉。”
在江苏电网的成功运行，给了孙宏斌的团队莫大的激励。他们没有停歇，马不停蹄地开始根据实际工程应用中积累的经验和发现的问题，对系统不断进行改进和升级。越来越多的各级电网开始应用他们研发的系统。截止2015年年底，他们的系统已经在我国华北、华东、华中、西北、南方、西南6大区域电网（占中国全部区域电网数量的6/7）和北京、天津、重庆、江苏等22个省级电网（占中国全部省级电网数量的2/3）得到推广应用，共接入常规电厂716座，总装机容量7.55亿千瓦（占全国水火电装机总容量的56%）。
让电网控制系统从中国走向美国
如果说在国内的成功应用是孙宏斌一直以来的目标，那把该系统成功输出到美国，则有些出乎他的预料。这一切都始于北美最大的区域电网PJM发给孙宏斌的一封寻求合作的电子邮件。
PJM是当时全球最大的区域电网公司，负责美国首都华盛顿特区和东部13个州的电网安全运行和电力市场服务，总用电占全美的1/6。引入自动电压控制系统是PJM实施智能电网的关键项目，他们为此与美国一流大学的著名教授开展了长期的合作，然而效果并不理想。正是在这种情况下，孙宏斌收到了PJM邀请他前去技术交流的邮件。
2008年的大年初一，孙宏斌第一次来到PJM的总部，与他们的专家进行面对面的交流。为了这次交流，在此前的两个星期，孙宏斌“闭关”潜心做好准备，因为他意识到，这是自己团队的成果走出国门的重要机会。然而交流刚一开始，孙宏斌就明显感觉到了对方的忽视，“基本没有人认真在听，他们大概认为中国人根本不可能解决。”孙宏斌说。但随着讲解的深入，一个个有说服力的来自中国工程应用现场的案例展示出来，孙宏斌渐渐感觉现场气氛明显变化，对方开始针对他的介绍展开了热烈的讨论。当交流结束的时候，PJM的主管经理仍激动不已，立刻就带着他去参观了控制室，这原本是需要提前一个月预约并经过安全审核才能进入的地方。
当进入实际合作的阶段，孙宏斌和他的团队立刻发现了难住美国著名教授的问题所在：PJM电网是拥有13000个节点、19000条支路的复杂大电网，按照美国电力市场机制的要求，引入自动电压控制系统后，不仅初始基态运行方式要更优，还要保证在5500个复杂预想故障发生后的运行仍然安全合格。5500个故障乘以13000个节点的规模，需要系统快速计算出来并用于决策和控制，如果完整建模这个非线性优化问题，根本无法直接求解，更谈不上用于实时控制。
“那段时间里，我们课题组每个人的脑袋里萦绕的都是这个问题，大家基本都是工作到凌晨，每当有点进展都会非常兴奋，经常通宵进行测试。”孙宏斌说。幸运的是，面对这个巨大的数学优化问题，大家最终想到了用博弈的方法，把电网的安全和经济看成是博弈的双方，再利用安全扫描的方法，达到新的平衡点。实现这一想法，需要有强大的优化计算和安全评估的计算能力，而这两点正是孙宏斌团队的优势，长期以来他们都在从事这两个领域的研究工作。因此，当这个全新的思路确立之后，团队很快就将之实现了，并在此后申请了一系列美国和中国的专利，成功地解决了这一难题。对此，PJM电网高级战略师JianzhongTong博士曾评价说：“美国一流大学的著名教授没有做到，清华教授做到了。”
虽然解决了这一难题，美国的大门也并没有那么容易打开。接下来，孙宏斌的团队还面临着PJM严酷的长达半年的在线不间断测试，为此，团队成员前后两次赴美参与现场测试。“每轮控制的计算结果第一时间自动送给第三方软件扫描，评估各种预算故障下的控制效果，压力非常大，春节也一直盯在美国。”郭庆来说，“我们要时刻关注评估结果，因为测试是不停止的，一旦发现问题就要立刻连轴转的解决，以避免影响后续的测试。”最终在线测试结果令PJM运行人员非常满意，他们后来多次在各种国际会议上很自豪的进行专题介绍，对清华团队的工作表示了高度赞赏。
然而各种非技术因素的困扰还在持续，孙宏斌的团队紧接着又面临着信息安全的挑战。PJM电网规模巨大，更涉及到美国首都电网的安全。美国联邦能源监管委员会（FERC）提出了对系统源代码进行安全扫描的不公平要求。由于软件庞大，对方成立了专门工作组进行了软件安全扫描。在第一次扫描后，就向孙宏斌的团队提出了3000多个信息安全方面的问题，采用的软件安全标准十分严苛。尽管拿到扫描结果感觉“崩溃和震惊”，但团队成员还是全力以赴，花了3个月的时间进行答复并做出适应性修改。这样的安全检查共进行了三轮，总共历时三年零四个月，最终得以通过。在整个漫长而艰辛的安全检查过程中，科研团队表现出不畏艰难、坚忍不拔的意志品质。
这一系列努力不仅使孙宏斌团队研发的系统成为美国电网第一个自动电压控制系统，也成为我国先进电网控制系统对美国的首例输出。随后，相关技术成果又进一步推广到马来西亚国家电网和加拿大BCHydro电网。
