張化光：攻堅(jiān)克難科研路，桂冠繁華守初心

文/龐貝 曹麗娟

對(duì)于科研工作者來(lái)說(shuō)，最高的夢(mèng)想無(wú)疑是在面向國(guó)民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)的科研難題上有所突破，切實(shí)解決民生和發(fā)展的重大問(wèn)題，東北大學(xué)智能電氣科學(xué)與技術(shù)研究院院長(zhǎng)張化光亦不例外。星光不負(fù)趕路人，能夠三次登上國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，是他沒(méi)有想到的，也是時(shí)間對(duì)于勤思奮拓者的認(rèn)可和饋贈(zèng)。

1992年，張化光從東南大學(xué)博士畢業(yè)來(lái)到東北大學(xué)，跟隨中國(guó)工程院院士柴天佑做博士后研究。當(dāng)時(shí)恰逢柴天佑獲得清河電廠重大科研項(xiàng)目，張化光有幸承擔(dān)起清河電廠“1～4號(hào)機(jī)組計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)”項(xiàng)目執(zhí)行負(fù)責(zé)人的工作。他帶領(lǐng)課題組成員攻堅(jiān)克難，最終僅用一年多時(shí)間就順利完成了項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)開創(chuàng)了采用PLC（可編程邏輯控制器）計(jì)算機(jī)集散控制發(fā)電機(jī)組的先河。1994年5月14日，清河電廠“1～4號(hào)機(jī)組計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)”一次并網(wǎng)發(fā)電成功。1995年，清河電廠項(xiàng)目獲得了遼寧省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。可以說(shuō)，清河電廠是張化光科研工作的起點(diǎn)，也是他科研夢(mèng)開始的地方。

上世紀(jì)末，我國(guó)石油泄漏檢測(cè)技術(shù)落后，盜油現(xiàn)象嚴(yán)重，造成原油大面積泄漏而污染環(huán)境、破壞農(nóng)田。經(jīng)過(guò)行業(yè)內(nèi)推薦，勝利油田找到了張化光。張化光意識(shí)到，這個(gè)項(xiàng)目中蘊(yùn)含的重要理論和工程問(wèn)題恰好可以應(yīng)用自己此前的研究成果來(lái)解決，就立即帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)投入到實(shí)際工作中。

他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)深入油田考察現(xiàn)場(chǎng)，收集資料，分析數(shù)據(jù)……通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的5萬(wàn)多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，他們發(fā)現(xiàn)通過(guò)混沌重構(gòu)建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)的泄漏檢測(cè)精度要比常規(guī)檢測(cè)方法高很多。經(jīng)過(guò)半年努力，2001年底，第一臺(tái)達(dá)到預(yù)期要求的樣機(jī)問(wèn)世。2002年年中，改進(jìn)后的樣機(jī)首次在勝利油田河口采油廠測(cè)試，就實(shí)現(xiàn)了小于管線全長(zhǎng)1%誤差的準(zhǔn)確定位，隨后很快在“魯皖管道”近千公里管線實(shí)現(xiàn)泄漏定位誤差縮小到1%以內(nèi)。

這套系統(tǒng)報(bào)警及時(shí)、定位準(zhǔn)確，就像透視石油管線的“千里眼”，為及時(shí)偵破盜油案件、確保輸油管線安全運(yùn)行提供了有力保障，有效地保護(hù)了環(huán)境安全、國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民利益。2007年，“流體輸送管網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集分析方法和高精度泄漏檢測(cè)定位技術(shù)”獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

1997年，張化光團(tuán)隊(duì)攻關(guān)“馬路灣集控主站系統(tǒng)開發(fā)”項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)攻克了以數(shù)量龐大、空間分散的電力負(fù)荷設(shè)備作為旋轉(zhuǎn)可調(diào)能量進(jìn)行實(shí)時(shí)在線調(diào)控的難題，用削峰填谷方式解決了剛性供電不足和柔性電力需求過(guò)剩之間的矛盾，順利完成了馬路灣集控站開發(fā)工作。

由于運(yùn)行效果良好，團(tuán)隊(duì)又先后承攬了張士開發(fā)區(qū)、通遼電業(yè)局、鐵嶺電業(yè)局等眾多同類項(xiàng)目，取得一系列原創(chuàng)成果。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于全國(guó)供電企業(yè)，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，極大提高了我國(guó)電力自動(dòng)化水平和配電技術(shù)水平。“面向節(jié)能的復(fù)雜配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)控制與故障診斷關(guān)鍵技術(shù)”獲2010年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

分布式能源互聯(lián)系統(tǒng)協(xié)同控制雖然被行業(yè)公認(rèn)為重點(diǎn)研究方向，但面臨動(dòng)態(tài)特性描述難、協(xié)同控制一致性設(shè)計(jì)難、實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行難等多個(gè)難題，被看作難以逾越的鴻溝，成為困擾能源行業(yè)的“卡脖子”問(wèn)題。

本世紀(jì)初，張化光帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始了自學(xué)習(xí)最優(yōu)控制的艱苦研究歷程。此領(lǐng)域尚屬國(guó)內(nèi)空白，國(guó)際成果也寥寥無(wú)幾。他們從自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)理論方面入手，終于在2007年提出了存在未建模動(dòng)態(tài)情況下的魯棒最優(yōu)控制方法，破解了分布式動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)優(yōu)化協(xié)同控制理論與方法這項(xiàng)曾被國(guó)際公認(rèn)為“不可能完成”的基礎(chǔ)科學(xué)難題。

突破了最初的難點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)逐步建立了自學(xué)習(xí)非零和博弈的一般框架，提出了非線性混合最優(yōu)控制與博弈方法，提供了無(wú)論鞍點(diǎn)是否存在均能直接求得混合最優(yōu)解的新思路，奠定了求解非線性二人零和與非零和微分博弈的理論基礎(chǔ)。此外，他們還提出了非線性分布式自學(xué)習(xí)最優(yōu)協(xié)同控制策略，突破了耦合最優(yōu)性能指標(biāo)無(wú)法直接求解的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同誤差的指數(shù)收斂，形成了不確定異構(gòu)多智能體系統(tǒng)優(yōu)化協(xié)同控制一體化設(shè)計(jì)方法。團(tuán)隊(duì)以能源互聯(lián)系統(tǒng)中多能耦合設(shè)備能源體為核心，從電—?dú)狻洹獰帷透鱾€(gè)介質(zhì)的基礎(chǔ)模型構(gòu)建著手，針對(duì)多質(zhì)異構(gòu)能源網(wǎng)絡(luò)中的輸入/輸出雙向傳輸特性，將傳統(tǒng)的4類單一能源節(jié)點(diǎn)拓展為9類多質(zhì)能源節(jié)點(diǎn)，從根源上解析不同介質(zhì)能源的本質(zhì)變化規(guī)律。

歷時(shí)8年零7個(gè)月，通過(guò)數(shù)千次實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的測(cè)試驗(yàn)證和百余個(gè)企業(yè)、示范區(qū)的數(shù)據(jù)挖掘，團(tuán)隊(duì)終于構(gòu)建了能源互聯(lián)系統(tǒng)多時(shí)間尺度多工質(zhì)耦合異構(gòu)模型。基于此模型，他們首次提出可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)功率分配與參量一致的能源互聯(lián)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型與多智能體分布式一致算法，實(shí)現(xiàn)了橫向冷—熱—?dú)狻娀パa(bǔ)，縱向源—網(wǎng)—荷—儲(chǔ)互濟(jì)的立體協(xié)同，克服不同能源網(wǎng)絡(luò)參量異構(gòu)對(duì)優(yōu)化調(diào)控帶來(lái)的影響。最終，“分布式動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)優(yōu)化協(xié)同控制理論與方法”獲2020年度國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

志存高遠(yuǎn)、腳踏實(shí)地，從教30年，張化光以“創(chuàng)新、發(fā)展、嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)”八字方針言傳身教，以解決問(wèn)題為己任，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在科技強(qiáng)國(guó)的道路上初心不改、砥礪前行。