在新型配電網(wǎng)變革中譜新篇

王輝

人類利用能源的方式，經(jīng)歷了以薪柴、煤炭、油氣為主，到今天正向著以可再生能源為主轉(zhuǎn)變。能源轉(zhuǎn)型要求重塑電網(wǎng)，而電網(wǎng)革命首當(dāng)其沖是配電網(wǎng)的革命。在經(jīng)歷了一次次劃時代的變革后，能源轉(zhuǎn)型正向著低碳化、智能化、數(shù)字化的新型配電網(wǎng)方向發(fā)展。

聚焦配電網(wǎng)領(lǐng)域研究，上海交通大學(xué)電氣工程系學(xué)術(shù)委員會主席、長聘教授劉東用斐然的科研成果，勇立配電網(wǎng)變革的潮頭。從解決電力生產(chǎn)一線問題到解決前沿技術(shù)問題再到探索基礎(chǔ)前瞻類問題，從實踐到理論，再用理論指導(dǎo)實踐，劉東的研究在層層推進。

劉東的個人成長與成果的取得得益于國家需求的推動，同時他所做的工作也在引領(lǐng)著國家配電網(wǎng)技術(shù)的進步與發(fā)展。展望未來，劉東深感任重道遠，他說：“配電網(wǎng)變革是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的主要途徑，‘雙碳戰(zhàn)略目標驅(qū)動的新型配電網(wǎng)將發(fā)生重大變革，今天配電網(wǎng)的作用比以往任何時候都更加重要。唯有踔厲奮發(fā)、創(chuàng)新不輟，才能擁抱配電網(wǎng)美好的未來。”

“象牙塔”外的蛻變

劉東扎實的科研積累，注重理論聯(lián)系實際的科研作風(fēng)及“通云接地”的科研風(fēng)格，得益于在電廠一線及企業(yè)的工作歷練。不同于很多科研工作者在“象牙塔”中求學(xué)，又留在“象牙塔”中工作的常規(guī)教師職業(yè)走向，劉東共有8年闖蕩在“象牙塔”之外。

從四川大學(xué)（原成都科技大學(xué)）本科畢業(yè)，劉東入職原能源部諫壁發(fā)電廠，在電氣車間做助理工程師。基層的工作并不輕松，劉東曾在水深及胸、滿是油和污水的電纜溝中艱難地拖電纜；曾推著一車鋼球從三樓電梯中跌落，幸運撿回一條命；曾踩著很窄的鋼梯，爬到100米高的微波塔上做檢修。困難、危險磨煉出劉東過硬的心理素質(zhì)，而疲憊、緊張，這些身體記憶更讓劉東對電力系統(tǒng)一線的工作有了切身感受。

對工作獲得感性認識的同時，劉東對自己的研究對象也有了完整的了解。彼時諫壁發(fā)電廠施行輪崗制，半年的時間各車間輪崗一遍再回到電氣車間工作，書本上學(xué)的理論知識在現(xiàn)實中找到了映照。“‘紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，只有深入了解現(xiàn)場是怎樣的，才能知道為了什么去研究。”談及在電廠兩年的實踐經(jīng)歷，劉東語氣中洋溢著的更多是一種幸福的回憶，此后無論是繼續(xù)求學(xué)還是工作，劉東都有了更明晰的方向。

帶著在電力生產(chǎn)一線收獲的感悟，1991年劉東回到校園繼續(xù)深造，在四川大學(xué)獲得碩士學(xué)位后，又在東南大學(xué)完成了博士學(xué)業(yè)。或許是骨子里天生有闖勁，劉東博士畢業(yè)后，還是決定走出“象牙塔”到企業(yè)闖蕩一番，在上市公司煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司（以下簡稱“東方電子”）一干就是6年。

東方電子彼時是國內(nèi)電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，對市場、國家的需求保持著極為敏銳的感知力。配電自動化利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電力設(shè)備與系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)正常及事故情況下的監(jiān)測、保護、控制，是提高供電可靠性和供電質(zhì)量，擴大供電能力，實現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟運行的重要手段，也是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)之一。隨著我國城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造的不斷深入，要繼續(xù)提高供用電質(zhì)量水平，實現(xiàn)配電自動化是必由之路。

把握配電網(wǎng)發(fā)展的大勢，東方電子開始了相關(guān)科研課題攻關(guān)。劉東不僅趕上了配電自動化發(fā)展的第一輪熱潮，還幸運地成為立在潮頭的一個領(lǐng)軍人。東方電子戰(zhàn)略決策層獨具慧眼將劉東選為項目負責(zé)人，讓博士剛畢業(yè)的他領(lǐng)頭做技術(shù)開發(fā)。不到29歲的劉東扛下重任，雖壓力大，但他十分珍惜這次鍛煉機會。他著手創(chuàng)建了國內(nèi)配電自動化最早的研發(fā)隊伍之一，研發(fā)DF9000配電自動化及配電管理系統(tǒng)。他帶領(lǐng)團隊奮力攻關(guān)，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列產(chǎn)品，在國內(nèi)幾十個城市得到應(yīng)用。形成的標準體系，打破了國內(nèi)配電自動化產(chǎn)品依賴進口的局面。一些標志性成果入選國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，不僅助力完整系列產(chǎn)品的開發(fā)，還促進了國內(nèi)第一個配電自動化動模實驗室的創(chuàng)立，實現(xiàn)了工藝流程的改造、測試能力的提升，為國家智能配電網(wǎng)未來的發(fā)展提供了堅實基礎(chǔ)。

劉東的團隊也從最初只有三五人的項目組壯大為擁有幾百人的研究所，后又發(fā)展成為事業(yè)部。因工作能力強，成績突出，劉東當(dāng)選東方電子公司董事、副總工程師兼事業(yè)部總經(jīng)理。在國內(nèi)第一輪配電自動化浪潮中，劉東羽翼漸豐，之后雖歷經(jīng)配電網(wǎng)的多次變革，他都毅然立于潮頭披荊斬棘。在東方電子的工作積淀，讓他擁有了勇氣和自信。

劉東說，過去的歷史是通向未來的橋梁，在東方電子的職業(yè)歷練所搭建的橋梁則讓他走向了更廣闊的未來。

“通云接地”做科研

隨著配電自動化技術(shù)標準的逐步完善，以及相關(guān)技術(shù)成熟度的不斷提高，我國配電自動化的實用化程度也在不斷提高，但如何應(yīng)對分布式電源廣泛接入配電網(wǎng)所帶來的新問題與挑戰(zhàn)成為配電自動化的發(fā)展方向。2009年，配電自動化第二輪熱潮到來，當(dāng)時已入職上海交通大學(xué)的劉東積極迎戰(zhàn)，以更全面的視角參與到配電網(wǎng)建設(shè)熱潮中。

做過電廠工人，在企業(yè)做過高管，2003年又入職上海交通大學(xué)電氣工程系，角色的變化讓劉東更能設(shè)身處地站在高校、企業(yè)、一線應(yīng)用單位各方的立場上去考慮問題，所以當(dāng)?shù)诙喤潆娮詣踊臒岢钡絹頃r，他在打通產(chǎn)學(xué)研之間的壁壘上做了一些嘗試。

延續(xù)之前的技術(shù)、經(jīng)驗積累加之在上海交通大學(xué)理論上的提升，劉東著力研發(fā)智能分布式饋線自動化技術(shù)及配電自動化系統(tǒng)測試工具，2010年相關(guān)技術(shù)在上海世博會現(xiàn)場的成功應(yīng)用，標志著劉東的研發(fā)成果獲得了業(yè)界認可。世博會后，這一成果轉(zhuǎn)化為國內(nèi)首套智能分布式饋線自動化系統(tǒng)在上海市電力公司正式投運，相關(guān)技術(shù)不僅成為上海市電力公司的技術(shù)規(guī)范，而且還成為國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)及電力行業(yè)的技術(shù)標準。為實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，劉東在此期間還創(chuàng)立了上海晟東電力科技有限公司，后被上市公司江蘇金智科技股份有限公司（以下簡稱“金智科技”）收購，獲得國家級“專精特新”小巨人企業(yè)稱號，相關(guān)轉(zhuǎn)化成果成為金智科技智能配電領(lǐng)域的主打產(chǎn)品，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟效益。

“我所做的工作正好與國內(nèi)兩輪配電自動化的建設(shè)背景相關(guān)，我的人生經(jīng)歷很幸運地與大時代發(fā)展相契合。”劉東將取得的成績歸因于時代的饋贈。但梳理走過的路，他并沒有刻意地去迎合什么，承擔(dān)的項目，所獲的成果，好像所有的事情都是水到渠成，劉東所做的只是沿著自己的技術(shù)思路行走，有準備的大腦不知不覺中就與時代的熱點相遇，甚至引領(lǐng)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。劉東所做的另一個重要代表性工作——主動配電網(wǎng)解決新能源并網(wǎng)后間歇式能源的多級分層消納難題，也是如此。

2005年，劉東在德國達姆斯達特大學(xué)做了3個多月的高級訪問學(xué)者，跟隨斯坦瑟（Stenzel）教授做分布式電源并網(wǎng)研究，回國后所學(xué)有了用武之地。2012年、2014年劉東分別獲得兩個國家“863”課題，這是國內(nèi)最早關(guān)于主動配電網(wǎng)的國家級項目。

雖然現(xiàn)在主動配電網(wǎng)已成為主流技術(shù)，但10年前，提起“主動配電網(wǎng)”還是經(jīng)常會被人質(zhì)疑是在玩概念。“國內(nèi)當(dāng)時沒有相關(guān)應(yīng)用場景，但歐洲新能源占比高，碰到問題要比我們早，因此早已開始關(guān)注如何改變配電網(wǎng)的控制方式，實現(xiàn)控制水平、方法的提升。而未來國內(nèi)必將迎來新能源的大規(guī)模發(fā)展，主動配電網(wǎng)將是一個非常重要的應(yīng)用方向。通過這一技術(shù)可以把配電網(wǎng)從傳統(tǒng)單向供電的電網(wǎng)轉(zhuǎn)變成可以感知電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行主動調(diào)節(jié)、支撐系統(tǒng)運行與控制的主動配電網(wǎng)。”劉東介紹。

面向國家能源安全和發(fā)展戰(zhàn)略，圍繞安全與可靠性提升，在國家“863”課題中，劉東的團隊攻克了可再生能源高滲透率接入配電網(wǎng)的協(xié)同控制難題，建立了以“全局互動-區(qū)域互濟-源網(wǎng)互助”為特征的主動配電網(wǎng)協(xié)同控制與優(yōu)化技術(shù)體系，研制出我國首個自主知識產(chǎn)權(quán)的主動配電網(wǎng)協(xié)同控制系統(tǒng)及系列控制裝置；突破了復(fù)雜不確定性智能配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃、安全運行和故障處理的技術(shù)瓶頸。

在國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的大力支持下，劉東率領(lǐng)團隊還建成了我國首個主動配電網(wǎng)示范工程，通過南瑞科技、北京四方、金智科技等多家上市企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)讓與產(chǎn)業(yè)化，在國內(nèi)20多個省市的主動配電網(wǎng)、新能源、風(fēng)光扶貧項目中廣泛應(yīng)用并推廣至馬爾代夫、安哥拉、老撾等“一帶一路”沿線國家。相關(guān)成果在國家科技部網(wǎng)站上發(fā)布為我國智能電網(wǎng)領(lǐng)域的重要技術(shù)進展，成果經(jīng)遴選還作為電網(wǎng)運行領(lǐng)域唯一代表參展2017年中國國際工業(yè)博覽會；曾獲得2018年上海市技術(shù)發(fā)明獎一等獎和2019年中國電力科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎。

劉東在兩個國家“863”課題里所做的工作引領(lǐng)了國內(nèi)主動配電網(wǎng)的發(fā)展。雖然研究比國外晚，但在項目中提出的理念卻與國際上的核心思想一脈相承，在技術(shù)上也與國際領(lǐng)先水平保持同步。隨著?“雙碳”目標的提出，劉東在10年前做的這些前瞻性研究有了更廣闊的應(yīng)用空間。

劉東認為，從實踐到理論再用理論指導(dǎo)實踐，只有研究形成閉環(huán)，所做工作才可稱得上是有始有終。從解決實際問題，到研究前沿技術(shù)問題，再到探索前瞻性基礎(chǔ)問題，劉東的研究越來越深入，也越來越向形成閉環(huán)靠近。

“元宇宙”是當(dāng)今炙手可熱的概念。2022年，江蘇衛(wèi)視元旦跨年晚會，歌手周深與鄧麗君穿越時空合唱歌曲，就用到了元宇宙技術(shù)，在理論上這是虛實的映射即數(shù)字孿生技術(shù)。數(shù)字孿生未來在工業(yè)界會有廣泛應(yīng)用，飛行員模擬駕駛、衛(wèi)星上天等都會用到。利用數(shù)字技術(shù)手段，創(chuàng)造配電網(wǎng)的“元宇宙”也是大勢所趨。

隨著“雙碳”、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)等目標的提出，具有隨機性、間歇性、波動性特征的分布式能源滲透率將快速增長，使得電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、運行不確定性增加、交直流混聯(lián)、多元負荷以及多種能源形式并存的趨勢。數(shù)字孿生電網(wǎng)可以針對這樣復(fù)雜的電網(wǎng)場景，通過建立虛擬空間與實體電網(wǎng)的映射進行生產(chǎn)過程的模擬，識別和分析如何更高效、更優(yōu)化以及更安全地完成工作。

面向數(shù)字孿生配電網(wǎng)開展基礎(chǔ)理論研究，2017年國家重點研發(fā)計劃基礎(chǔ)研究類項目“電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)分析與控制的基礎(chǔ)理論與方法”立項，作為項目首席科學(xué)家及負責(zé)人，劉東帶領(lǐng)國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院、中國電力科學(xué)研究院等3個國網(wǎng)的研究院，清華大學(xué)、浙江大學(xué)等9所高校以及1個省網(wǎng)公司的338名研發(fā)人員進行項目攻關(guān)。群策群力，定期交流科研進展，共同解決瓶頸問題，2021年項目順利結(jié)題。這個項目首次建立了電網(wǎng)信息物理交互機理與融合建模理論；提出電網(wǎng)信息物理混成計算方法以及信息物理融合的安全、可靠及風(fēng)險評估方法；提出了跨空間連鎖故障下信息物理協(xié)同恢復(fù)策略以及有源配電網(wǎng)自趨優(yōu)控制方法；研制了電網(wǎng)信息物理綜合仿真平臺，實現(xiàn)了電網(wǎng)信息物理的離散事件驅(qū)動與連續(xù)時間響應(yīng)的綜合仿真，解決了電網(wǎng)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)仿真的時間同步和數(shù)據(jù)交互問題。取得的成果為構(gòu)建未來數(shù)字孿生電網(wǎng)提供了重要的基礎(chǔ)理論支撐。核心成果正逐步在實際工程項目中落地應(yīng)用。

展望數(shù)字孿生配電網(wǎng)的未來，劉東說：“從電力行業(yè)的特征來看，數(shù)字孿生在全流程都有較大應(yīng)用潛力。未來數(shù)字孿生技術(shù)將在電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)診斷與預(yù)測、生產(chǎn)業(yè)務(wù)調(diào)試、電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)運行分析與控制等方面有更多應(yīng)用實踐。數(shù)字孿生會更增強人對數(shù)字孿生體的感知控制能力，最終在真實物理空間和虛擬數(shù)字空間搭建‘信息-物理-人交互的系統(tǒng)，創(chuàng)造新型配電網(wǎng)的‘元宇宙。”

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中解決配電自動化關(guān)鍵問題，在主動配電網(wǎng)中解決新能源并網(wǎng)帶來的能源消納難題，面向未來解決配電網(wǎng)數(shù)字孿生的信息物理融合問題，這是一直專注于配電網(wǎng)研究的劉東所做的最具代表性的層層遞進的三大研究成果。用先進的理論與技術(shù)，劉東所做工作不僅引領(lǐng)了國內(nèi)配電網(wǎng)的進步與發(fā)展，更為“一帶一路”沿線國家及國際社會配電網(wǎng)的發(fā)展作出了積極貢獻。作為國際電工委員會（IEC）及美國電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）等多個國際技術(shù)委員會的委員，劉東曾多次參加在美國、歐洲等國家和地區(qū)的國際標準討論會，參與起草IEC以及IEEE國際標準6項，討論及評審10項，為國際標準的制定貢獻了中國力量。

正三觀以致遠

一系列科研成績的取得，是劉東所做工作順應(yīng)時代發(fā)展、響應(yīng)國家政策的結(jié)果，也是他個人奮斗、站位高遠的結(jié)果，更是恩師、前輩提攜，同事們、合作伙伴大力支持的結(jié)果。

劉東的碩士生導(dǎo)師滕福生教授，將他引進了電網(wǎng)調(diào)度自動化領(lǐng)域，并幫他筑牢了信息技術(shù)和電氣技術(shù)強弱電結(jié)合的知識功底；博士生導(dǎo)師單淵達教授，20世紀90年代就帶著劉東用相量測量單元PMU做穩(wěn)定控制，將劉東對電力系統(tǒng)的分析能力提升到一定高度；東方電子戰(zhàn)略決策層在眾多優(yōu)秀人才中慧眼選中劉東，將影響公司未來的重要項目交給他，最終使他成為國內(nèi)配電自動化的領(lǐng)軍人物。而周孝信院士，則助力劉東實現(xiàn)了對前瞻性科研問題的探索愿望。2014年在成都召開的一個IEEE國際會議上，周院士聽了劉東的大會報告，認為他講的信息物理系統(tǒng)是未來智能電網(wǎng)的核心理論支柱之一，在周院士的大力支持下，召開了“973”專家組的專題研討會，為促成“電網(wǎng)信息物理系統(tǒng)分析與控制的基礎(chǔ)理論與方法”列入國家重點研發(fā)計劃基礎(chǔ)研究類項目指南奠定了基礎(chǔ)。

在成長路上，得到前輩提攜，是劉東的幸運。任教于上海交通大學(xué)，劉東認為培養(yǎng)教育好學(xué)生，自己責(zé)無旁貸。在學(xué)校首屆教師教學(xué)創(chuàng)新大賽的獲獎感言中他提到：“成才之路首要是立志與人品，如何引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)專業(yè)興趣、承擔(dān)責(zé)任并具有良好的職業(yè)素養(yǎng)、健全人格和家國情懷，需要為師者言傳身教、交心互動。”

在劉東看來，如果三觀不正，一個人很難走得長遠，在一次出差從美國回來的飛機上，他梳理成長過程中的一些心得體會，將所思所想做了總結(jié)，便有了智能配用電實驗室的三大紀律：科研要專心，衛(wèi)生要講究，資源要節(jié)約；還有實驗室的八項理念：國際接軌，業(yè)界結(jié)合，登高致遠，通云接地，行勝于言，新出于松，事成于恒，業(yè)發(fā)于誠。“三大紀律，八項理念”從小處著手、大處著眼，既規(guī)范了大家的行為，又塑造了實驗室?guī)熒鷤兊男貞雅c氣質(zhì)。

“三大紀律，八項理念”中的其他條款大家容易理解，但對“新出于松”，很多同學(xué)一開始不明白，但畢業(yè)時卻對這句話有很深的體會。“創(chuàng)新，要有一個放松的心態(tài)，是這句話要傳達的意思，我自己的很多新想法都是在非常放松的情況下想出來的，有的可能在出差途中或回家的路上，有的可能在游泳中或長跑時。”劉東說。

劉東是一個很有松弛感的人，臉上總是掛著溫和的笑容，做事不緊不慢。有人問：“您忙得過來嗎？每天那么多事。”的確，給本科生上完課又要帶研究生，在學(xué)校開完會，又跟電網(wǎng)公司談合作，狀態(tài)經(jīng)常切換。

“我剛進交大，有老教師跟我講要學(xué)會‘彈鋼琴，應(yīng)對堆積如山的事務(wù)要能流暢地切換按鍵。壓力每個人都有，不會憑空卸掉，嘴上說說就沒了，而是要有一套好的工作方法與協(xié)調(diào)的工作節(jié)奏，處理好每一個遇到的問題。”劉東對工作有自己的規(guī)劃，并會專注地去完成，這樣不僅壓力會在不知不覺中消解掉，使自己保持良好的心態(tài)，而且會將工作帶入一個富有成就感的新境界。

圍繞新型配電網(wǎng)的大方向，劉東所做工作延續(xù)性很強，國家重點研發(fā)計劃基礎(chǔ)研究類項目雖已結(jié)題，但數(shù)字孿生配電網(wǎng)的工作方興未艾。幸運的是，重點研發(fā)項目結(jié)題后，他又連續(xù)獲得國家自然科學(xué)基金國網(wǎng)和南網(wǎng)聯(lián)合基金各一個重點項目的支持，無縫銜接實現(xiàn)了基礎(chǔ)理論延伸研究和應(yīng)用研究的順利開展。

有過創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷的劉東清楚，要做“通云接地”的科研，產(chǎn)學(xué)研一定要緊密結(jié)合，面向未來數(shù)字孿生配電網(wǎng)有許多成果要轉(zhuǎn)化落地，需要有更好的平臺承載這些任務(wù)。目前，上海交通大學(xué)已通過劉東的科技成果轉(zhuǎn)化創(chuàng)業(yè)計劃，上海能優(yōu)網(wǎng)電力科技有限公司正在創(chuàng)建中，劉東團隊的年輕人將有更好施展才華的舞臺，數(shù)字孿生配電網(wǎng)和虛擬電廠等相關(guān)高級應(yīng)用技術(shù)將會加快落地。

劉東清楚，現(xiàn)在是連接未來的重要通道，把握當(dāng)下，認真走好配電網(wǎng)理論與技術(shù)研究的每一步，一步一個腳印方能堅實地走向新型配電網(wǎng)更加燦爛的明天。

（責(zé)編：李莉）