深耕配電沃土 創新開拓蹊徑

祝傳海

2017年11月，由中國電力科學研究院（以下稱中國電科院）牽頭承擔、國家“千人計劃”專家馬釗主持的項目“現代配電網健康指數理論與工程實現體系研究及示范應用”順利通過國家電網公司（以下稱公司）科技部組織的驗收。

聞訊后，經本刊記者多次努力，才成功約訪到百忙中的馬釗。開門見山，記者亮出了國際大電網會議（CIGRE）前主席克勞斯·弗羅里赫對馬釗團隊的高度評價：“據我所知，這是第一個針對配電網健康指數的項目，我認為非常值得電力部門關注。這對于全面顯著提升配電系統性能而言，是一項突出貢獻。”

但對馬釗而言，攻關出的成果是他和團隊歷經1000多個日夜努力的印記。“能夠踏踏實實地做一兩件事，并把事情做好，也不枉回國這一場。”馬釗的“大道”就是這樣樸實。

直面挑戰 配電網的逆襲

配電網是國民經濟和社會發展的重要公共基礎設施。隨著時代的發展，在以清潔能源為主導、電力為中心的能源發展新格局下，配電網不僅是直接聯接可再生能源和用戶的橋梁，還是智能電網的物理載體和基石，是一切新技術所需數據的來源，是能源互聯網不可或缺的角色。

公司作為國有特大型能源企業，高度重視配電網建設與發展，不斷加大對配電網的建設力度，持續提升配網供電可靠性和智能化水平。中國電科院作為公司直屬科研單位，下轄的配電研究所面向配電網規劃、能源互聯網、智能配電傳感及配電系統試驗檢測等重點領域和重大需求開展技術攻關，是國內唯一從事配電專業技術與綜合業務的研究機構，擁有配電變壓器節能技術北京市重點實驗室、公司重點實驗室“先進配電自動化與配電網優化控制聯合實驗室”，以及與法國電力集團聯手打造的實驗室和項目基地等一批科研平臺。配電研究所同時負責CIGRE C6中國國家委員會配電專委會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會等多家學術組織的相關工作，成功培育了配電網高可靠供電技術、城市電網自愈控制技術、配電網數模混合仿真技術等一批核心成果，累計獲各級科技獎勵110余項。在智能配電技術領域，配電研究所已處于國際先進、國內領先地位。

“在很長一段時間內，我國電力行業‘重發、輕供、不管用，導致配電網發展基礎相對薄弱。”配電領域是“弱項”，也是“方向”。在國外從事智能配電網工作多年，馬釗很欣慰地看到配電網如今在國內的逆襲和角色的轉變。尤其隨著國家能源局《配電網建設改造行動計劃（2015—2020年）》的發布，配電網正受到前所未有的重視，逐步走向舞臺中央。

當前，在配電領域的諸多科技問題中，量大面廣的配電設備和復雜多變的配電網健康評估，至今還是世界公認的難題。難在哪里？馬釗認為：其一，目前世界上缺乏評價配電設備和網絡健康指數的系統理論和有效工具；其二，全球電力行業，特別是歐美國家面臨著能源電力人才青黃不接和知識傳承的危機。

“上世紀50年代，發達國家電力系統就迎來了大發展。到上世紀末，大多數設備都已經老化，檢修更換量很大。”馬釗回憶道。以他曾在的英國為例，英國電力私有化之后，相關經費比較緊張，英國政府要求電力公司在提高供電可靠性的同時降低運營費用。一時間，如何讓不斷老化的設備檢修費用更低、使用壽命更長，用戶停電時間和頻率不斷降低，成為英國電力公司面臨的重要挑戰。接到任務的馬釗，也深覺此事不易。

無巧不成書，當時，馬釗剛好做完了體檢。體檢報告稱，馬釗在未來10年患上冠心病的概率為3%。這份報告令他靈光一閃，人體這么復雜都能通過健康指數檢查得如此清楚，能不能把這一理念應用在電網設備的資產管理上，也給電網設備做做體檢呢？

1998年，馬釗參與創建英國中部電力公司設備數據庫；2000年，他與合作伙伴共同提出輸配電力設備健康指數（HI）理念，并參與創建輸配電設備健康指數和管理體系。他所研究的基于狀態、風險和全壽命資產管理的配電網設計規劃和資產管理方法，為配電網設備檢修、更換計劃提供了一種全新的管理理念，被英國電力公司采納和推廣。2005年起，HI被英國電力監管辦公室用于監管指標。而后，用于指導有形實物資產管理優化和可持續發展的重要標準PAS 55，也引入了該系列成果。到2014年1月，第一部國際資產管理標準ISO 55000正式頒布，該標準基于PAS 55，是當今應用范圍最廣泛、體系建設最完整的資產管理標準。當初的一閃靈光，如今綿延出旺盛的生命力。

在馬釗看來，以往粗放式資產管理方式已經難以適應“集約化發展、精益化管理”的要求，我國配電網建設和管理也應順應大數據技術潮流，實現從定性到定量，從人工到智能檢測的躍升。“例如，現在我們國家裝了5億多只電表，除了計量電費，它們還可以分析用戶的用電行為、總結用電趨勢，并根據實際負荷來進行用電調度，包括進行故障定位等。但這些功能還未能充分發揮出來。”

當更多的太陽能、風能等可持續再生能源接入，當電動汽車等新型負荷的出現產生出即插即用的需求，當用戶對用電數量、質量等提出越來越高的要求，當消費者改變為產用能一體化的用戶單元……在新需求到來之際，要從網架結構、控制保護、運行維護、計量營銷、資產管理等諸多方面考慮改造現有配電網，使之具有靈活可靠、主動智能、精準檢修、高效環保、開放互動等功能特點，從而成為建設未來綜合能源電力系統的主動力。

馬釗理想中的配電網要能應對全方位的復雜局面。這要求研究思路從“配電網”思維向“系統思維”轉變，把技術視野下的“硬件組合”和經濟社會以及人文相關的“軟件組合”相結合，在這一視野下再綜合考慮如何規劃設計適應電流雙向流動的主動配電系統？如何考慮不確定性、非線性的電源和負荷匹配平衡問題？如何避免重復性建設，因地制宜以差異化標準發展配電網？

“這是思維的轉變。隨著電力體制改革不斷深化，配電行業越來越不容許有‘糊涂賬，配電資產逐步要‘算明白。主動、精益地管理電力資產，意味著配電網管理思路要向‘以人民為中心的服務理念轉變，從專業技術管理為主向綜合能源服務為主的轉變。對配電網來說，不是賣的電越多越好，要綜合考慮如何把電賣得更有經濟價值、社會效益，并體現綠色觀念。習近平總書記指出，雄安新區建設要秉持‘世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位，配電網建設也應該有同樣的標準。”談及此處，馬釗目光炯炯。

突破邊界 挑戰難題

“我國配電資產會越來越龐大，但在理念和技術上與國際尚有差異。”作為CIGRE中國國家委員會技術委員會委員，馬釗深知CIGRE的兩大方向之一就是研究如何盡限利用現有電網資產。公司“千人計劃”專項支持項目——“現代配電網健康指數理論與工程實現體系研究及示范應用”，即屬于這一范疇。

2014年3月，該項目正式立項為“千人計劃”專項支持項目，以應對配電網健康評估的理論方法和實用化工具等挑戰。“力爭在配電網資產管理領域趕超國際領先水平，為實現國網公司確定的到2020年全面建成世界一流配電網發展戰略目標做出貢獻。”責任如山，從此，馬釗和團隊開始了3年多的攻關之路。

早在英國推廣HI時，馬釗就收到過一線工人和檢修工程師的反饋，他們在做檢修時面對的是一個變電站，一條線路，不可能把單一設備當成檢修單元去檢測。馬釗將這件事記在了心上，在“千人計劃”支持項目中，他結合我國配電系統的實際情況，將“健康指數”理念從單一設備擴展到群體設備和配電網絡，首創性地提出了配電網健康指數理論，開發了統一、全面、可共享的配電網健康指數評估數據平臺和評價系統，制定了健康指數評價規范和數據規范，系統地實現了配電設備和網絡健康狀態的評估和預測。

“知識資產”的更新傳承和管理，是一個新的世界性難題。“國外的電力發展比我們早幾十年，現在已經基本飽和，有經驗的一線老工人、技師和工程師逐漸退休，年輕一代具備先進的IT技術但缺乏系統全面的電力系統培訓，也沒有傳統形式的師徒傳教和正式培訓，正在形成人才和知識的斷層。”為解決這一問題，馬釗帶領團隊，立足國內現狀，以國際視野提出物理和知識資產傳承管理理念方法，開發出將機理分析、數據驅動、專家經驗融合的平臺，提出了內嵌專業知識和經驗的機器學習方法——引導學習，有效將人的強項——創造性強、富有想象力和創造性、善于推理轉化并在不確定的環境中做出決策，和機器的特長——記憶力強、邏輯性強、善做重復性工作緊密結合，大幅提升了機器學習的精度和魯棒性，實現了人、機共生的混合智能。

“把我們算出的結果，與一線工人的實踐數據相比較，相差不大就證明模型性能達標；差異大，就再進行比較修改，直到最優狀態。”馬釗輕描淡寫地說著攻關過程。他一心想要解決現有配電網健康評價難題，沒想到一招出手，竟能夠將一線經驗儲存下來，利用機器學習、自反饋學習、自循環迭代、自改進完善等前沿技術，逐步實現數據和知識的存儲與利用。當IET GTD主編表示這“填補了知識傳承的空白”時，馬釗才發覺，他們的工作開拓了知識資產傳承與管理的新方向。

既有世界眼光，又能緊接地氣，馬釗將理論指導實踐這一原則發揮得淋漓盡致。“大道至簡”，他補充道：“我們的原則就是不求最全最細，但求科學實用，這應該是從事現代配電網研究的一個重要原則。得想怎么把復雜問題簡單做，簡單問題重復做，重復問題量化做，量化的問題讓計算機程序做。”

“世界一流”的配電網到底是什么？馬釗認為不能僅僅局限于一流設備和一流網架的“硬件組合”，畢竟它們都會隨著時間和技術的進展而迭代，應該拓展至配電系統的全流程資產管理等“軟件組合”維度，“軟硬結合、雙管齊下”。為了讓健康指數在規劃和運維中更具操作性，他和團隊梳理出了100多條影響因素，進一步篩選后依然有38條。一番考量之下，他們精簡出“安全、可靠、經濟、綠色、開放”五大評價維度和標準；制定了從設備到網絡，從定性到定量，從局部到整體，自上而下與自下而上相結合的策略；按照科學性、簡潔性、可行性、系統性、相對全面性等原則，探索人機智能共生的行為增強與知識演化方法，并提出了基于全壽命周期健康指數的設備故障率模型及全狀態集成法的參數求解方法。

目前，該項目成果已經在北京盧溝橋變電站和南京古平崗變電站進行了試點應用。據了解，配電網供電可靠性可提高10%，配電網運維費用則降低了約20%，能極大提高設備利用率，延緩配電網固定資產投資費用，提升配電網運營效率，推動配網資產管理向系統化、精益化躍升。

“這是一個基礎，也是一個新的視角，而且輻射面很廣，除電力行業之外，鐵路、石油、航空航天等資產密集型行業也可以應用相關的理論和工具，經濟和社會效益巨大。”馬釗說。在他心中，這一套平臺工具，將在不斷實踐中融合不同行業對精益化資產管理的需求，并為其提供有力的技術支撐。“項目成果的潛在價值巨大，并且所提出的機器學習方法可有效應對復雜多變的計算環境的難題。”ABB集團副總裁Britta Buchholz的這句話是行業內對這套成果的典型意見，在業界高度認可之下，馬釗的“理想”似乎也沒那么遙遠了。

腳踏實地 奉獻畢生所學

在配電網領域，馬釗成績不俗。但作為恢復高考后的第二批天之驕子，上世紀80年代初入電力行業的大門起，他先從事了15年高壓設備研究，而后從事智能配電技術研究20多年。在他看來，發達國家的智能電網技術主要在配用電領域，這既是他的興趣所在，也是責任所擔。

2014年年初，馬釗與周孝信院士討論起“能源互聯”。回國之前，馬釗在國際咨詢公司為英國一個城市做規劃時，就用到了這一理念，以太陽能、風能為主，能源不足時就用天然氣作后備，來緩解當時“儲能太貴”的尷尬。基于在國外的實踐探索，兩人一致認為，可以在國內嘗試建設“能源互聯網”重大研究方向，并領先開展研究。2015年，在周院士鼓勵下，馬釗以第一作者在《電網技術》發表了“能源互聯網概念、關鍵技術及發展模式探索”，推動了國內“能源互聯網、互聯網+智慧能源”的研究熱潮。

“配電網很重要，多種能源的綜合利用也很重要。”馬釗表示，他所努力要達成的目標，一是盡可能多地利用可再生能源，二是將現有的配電網資產盡限利用。從這一角度來說，配電網是節流，能源互聯網是開源，二者缺一不可。他倡導在未來配電系統形態、能源互聯網基礎架構、信息物理系統（CPS）及綜合能源系統等前沿領域開展研究，所發表的相關文章中，一篇被中共中央黨校中國領導科學研究會《求是先鋒—新常態下中國改革與發展的理論與實踐》叢書收錄，另有一篇入選《領跑者5000—中國精品科技期刊頂尖學術論文（F5000）》。研究成果得到了廣泛關注，多次受邀在國內外學術會議上作報告，并為中國科學院“能源技術革命戰略行動計劃”等提供技術咨詢服務。

“‘千人計劃項目是一個很好的平臺，國家支持力度也比較大，我想把平生所學奉獻給中國的電力事業，并力爭有所創新與突破，實實在在做一兩件實事，真正為國家做點貢獻。”回國之初，馬釗如是說。幾年來，他也的確在盡力挖掘“平生所學”的潛力。

在英國25年，馬釗先后在利物浦大學、阿爾斯通高壓開關公司、英國中部電力公司及國際咨詢公司從事研究工作，涉獵甚廣。正因如此，他敏感地意識到，一場研發高壓直流斷路器的激烈競爭甚至正在ABB、西門子和阿爾斯通等國際電力設備制造商之間悄然進行。旅英期間，馬釗就向國家電網公司建議將之作為研究方向，很快被采納。而他關于高壓隔離斷路器的建議和超導限流斷路器的探索都為后續研究起到了積極引導和借鑒作用。

2015年7月，馬釗代表中國在CIGRE發起成立“直流配電可行性研究”并獲批，SC6.31成為CIGRE SC6成立來第一個由中國發起成立、并擔任召集人的工作組。由于在CIGRE C6的一系列杰出貢獻，他受邀作為配電系統和分布式能源專委會優先專題的特邀報告人，審閱點評論文并提出方向、問題，以供討論。目前，承擔國網公司“直流配電網絡架構與關鍵技術初證研究”項目，研究適應未來交直流配電網協調發展的思路與方法，身為項目負責人的他正在組織撰寫MVDC可行性研究技術專著。

“我瞅準了是一個勢頭，但不確定世界會給什么反應，就想先嘗試做可行性研究，沒想到進展還不錯。”與這一派風光相比，馬釗最開心的是，這些努力能夠為中國在國際配電領域占住一席之地并逐步成為主導力量，能為將中國電科院建成世界一流的電力研究咨詢機構，為提升中國在智能配電技術領域在國際的地位貢獻自己的力量。

言傳身教 培養人才

回國5年來，無論參加什么會議，馬釗都不忘呼吁社會重視配電系統。在他和團隊共同努力下，成果頗豐：近5年來發表學術論文51篇（第一作者 14篇，SCI檢索11篇，EI檢索23篇）；申請中國專利15項，另有1項海外專利在PCT階段；登記軟件著作權3項；完成配電網健康指數數據規范、評價規范等2項標準文稿；開發平臺1套，原型系統軟件3套、硬件3套。相關成果獲第46屆日內瓦國際發明展金獎。

除此之外，馬釗最驕傲的是通過這個項目，他們培養了2名博士、7名碩士，眼下還有4名在讀博士。其中，最典型的就是尚宇煒。2015年7月，尚宇煒從清華大學碩士畢業加入馬釗團隊。此后兩年多，他成為“健康指數”項目主要工作人員，合作發表論文11篇（SCI 5篇，EI 6篇）。2017年，尚宇煒被國網公司推薦到俄羅斯去參加國際清潔能源論壇競賽，獲綠色科技獎。同年，參加到國網公司配網資產管理國際對標工作中。“他追求上進，我就給他機會，培養他獨立工作能力。”馬釗誠懇地說。

尚宇煒和其他團隊成員的成長令馬釗由衷地自豪。他習慣把自己放在與學生平視的位置，指導他們，也認為可以從他們身上汲取能量。“先做人后做事”“不能控制的事沒辦法，但能力范圍的事一定盡力做到最好”，這是馬釗最常對學生說的話。學生們也由衷地佩服這位嚴謹治學，謙和低調的師友。

“創新其實很辛苦、很枯燥，必須要有一顆愿意為科學獻身的精神。”馬釗有時候也擔心，他所接觸的年輕人積極、刻苦，但也會有些浮躁。“低調做人，踏實做事”，幾年來，他將這一態度言傳身教給學生。他常常跟學生們說，做研究絕對不會一帆風順，一定要沉下心來，準備好坐3～5年冷板凳，之后才會逐漸出成果。在學生們面前，他從不藏私，從項目籌備立項，到研究思路、研究方法的確立，一直到實際應用，結題，都會讓學生們深入接觸。用他的話說，是讓學生們熟悉課題的整體思路，推動學生們形成系統的學習和科研觀。

他希望學生們具有團隊協作精神，不畏難、能堅持。而在學生們眼里，馬釗也是位竭盡全力為他們創造機會的導師，國內外的學術會議，都會盡量帶他們去見識。出去多了，學生們發現馬釗在國際會議中，在國外同行中備受尊重。馬釗則會抓住時機教導他們：“要贏得尊重，得有令人服氣的真本事，講話做事得有理有節。”

“人是有潛力的，可能只是沒發揮出來。”馬釗希望做好激發學生潛力的角色，讓他們在今后的科研生涯中，揚長避短，少走彎路，成長為中國電力事業的中流砥柱。馬釗已推薦國內7名專家參與CIGRE等相關國際工作組工作。他也積極參與國家引才目錄（配電及新能源領域）的制定，推薦“高精尖缺”人才，所提多項建議被采納。

馬釗的辦公室里，僅僅“千人計劃”支持項目的材料就足有4000多頁。這些文件里，記錄著他和團隊在各級領導的支持下不惜時間、不吝精力的奮斗。“白駒過隙啊”，他忍不住感嘆道。如今，馬釗只想抓緊時間，把目標中的“一兩件事”做得盡善盡美。在他心里，能夠追求理想，為實現“中國夢”添磚加瓦、貢獻綿薄之力已經是實實在在的幸福。