□本报记者 陆琦
“张老师就是一本书，这本书里写满了深奥的能量管理系统（EMS）理论，但这本书却很好读，因为书里面还有许多游泳、乒乓球的插画，书里面有张老师的谆谆教导和耐心解答。”清华大学电机系教授张伯明的学生这样形容自己的老师。
而张伯明在谈及自己时很谦虚，只是笑着说：“我没啥特点，就是努力呗，踏踏实实做事。自己的科研成果被社会采纳，为社会创造价值，我就觉得特别愉快，特别骄傲。”
“我们这代人不怕吃苦”
张伯明是老三届。1968年，刚刚完成高中学业的张伯明到了农村。“尽管在辽宁省海城县的一个山沟里当了三年‘农民’，但我依然保持着浓厚的学习热情，书本纸笔很少离身。”回想起那段艰难往事，张伯明仍历历在目。
1971年，辽宁鞍山钢铁公司人员短缺，就从农村抽调部分知识青年回城充实工人队伍，张伯明幸运地成为其中一员，返城到鞍钢发电厂做工人。
进入鞍钢发电厂后，张伯明的学习热情愈加高涨，因为随处可见的仪表、器械、线路都是喜欢研究技术的张伯明的“心头好”。于是，张伯明总是利用工作之余做一些自动化仪表方面的小发明，并自学了部分大学课程。
直至1977年恢复高考，从未间断过学习的张伯明以优异成绩考入西南交通大学电力机车专业。
当时的西南交通大学外迁到四川的峨嵋山地区，条件十分艰苦，“我们这代人不怕吃苦”。张伯明觉得“文革”浪费了10年时间，一有上学的机会就格外珍惜。
大学期间，得益于过去常年不间断的刻苦自学，本科课程对张伯明而言相当轻松。当按部就班的学习无法满足张伯明强烈的求知欲时，他便转而把大部分的精力用于复习考研上，并于1979年下半年顺利考上了哈尔滨工业大学硕士研究生，这距他本科入学仅有一年半的时间。
在哈工大，张伯明每天上课近8小时，上晚自习还要熬到很晚，连轴转地学习也完全不觉得累。“那时候真是‘玩命’地、‘发了疯’地学习，在现在的学生看来，那是不可思议的。”
一段时间高强度的学习下来，张伯明进步很快，并于1982年成功考入清华大学攻读博士学位，成为当时全校招收的8名博士生之一。
经过不到3年的学习，1985年6月张伯明博士毕业并留校，1987年他到英国做了一年多的访问学者。
“一步一个坎”
“我算是幸运的。”1988年末，刚从英国学成归来的张伯明就在导师的推荐下一头扎入东北电网调度中心，夜以继日地开发EMS高级应用软件。
张伯明告诉记者，1986年我国从国外引进了4个调度自动化系统，分别用于华北、华东、东北和华中4个大区电网。“这在我国电网调度自动化发展历史上是一个里程碑事件，也给我提供了一个千载难逢施展才能的机会。”
如果说调度自动化系统的作用是电网运行的调度指挥司令部，那么EMS应用软件就是这个司令部中的大脑。但是，限于当时的财力，没有引进EMS应用软件，需要立足国内自行开发。尽管如今中国的调度自动化系统及EMS已经全部实现了国产化，但在20多年前，这一领域在国内属于空白，没有资料可供参考，国外技术资料也对中国保密。
“一步一个坎。现在看起来很小的问题，在当时却是难以逾越的鸿沟。”张伯明从国外引进的自动化系统平台数据库的说明文档入手，在字里行间找答案，分析国外的EMS到底是怎么做出来的，一心要将自己的算法嵌入到引进的调度自动化系统平台中，开发出我国的EMS应用软件。
“从无到有的过程肯定是很困难的。”张伯明回忆，在东北电网调度中心没日没夜地干，为了查出一个软件错误，经常熬夜到通宵，夜间冷，就将装计算机的包装箱拆了当被盖。
1990年5月，张伯明开发的状态估计等EMS高级应用软件在东北电网成功投入在线运行，他有幸成为率先在我国大区电网成功开发并投入运行EMS高级应用软件的人，并因此获得了1992年国家科技进步奖二等奖。这是四大电网引进工程后在该领域首个获国家奖的EMS应用软件项目。张伯明也因此成为我国调度自动化领域的众多开拓者之一。
三维协调：更安全、更稳定、更经济
在1992年开发出国内第一套EMS应用软件并率先在东北电网投入运行以来的近20年里，张伯明带领他的团队一方面坚持不懈地致力于对EMS性能的不断完善，扩大推广其应用面，另一方面，积极探索相关的新理论，开发新技术，力争在为电网的安全、稳定、经济运行方面探索出新方法、找到新途径。
EMS，即能量管理系统，被张伯明称为电网控制中心的“大脑”，可高度智能化地帮助调度人员调控电网，避免发生事故，确保电网的安全、稳定、经济运行。
EMS的发展在世界上已有40多年的历史，在中国也有20多年的历史。随着电网的不断发展，电网运行在空间、时间、控制目标三个方面表现出的复杂性日益增加，而传统EMS对电网的调度控制在这三个方面缺乏良好的协调。“2003年发生的震惊世界的美加大停电，暴露出了传统EMS在三维协调上存在严重问题，急需改造和发展。”张伯明举例说。
通过长期的研究和反复论证，张伯明带领他的团队独创性地提出了“三维协调的新一代电网能量管理系统”的新概念和体系结构，并提出了实现三维协调的有效方法。
张伯明介绍，空间维度的含义是对各个区域电网进行空间维度的协调。传统的EMS技术通常按照管辖区建立自己的模型，不考虑和相邻电网的协调，这样的电网通常是分离的个体，而不是统一协调的整体。新一代的EMS技术通过软件等技术手段，实现了在全局电网层面的调度控制模型的协调统一。
时间维度的含义是实现慢过程的调整和快过程的控制之间的协调。以发电调度控制为例，电力系统运行要求供需时刻保持平衡，发电机输出电力要随时根据消耗的电力进行调整。
“传统的EMS需要在之前一天估测第二天每个时间段使用的电力，制定出一个以小时为时间段的发电计划，发给各电厂，各电厂再依照这个计划发电，但是实际负荷可能与预测负荷之间存在一定偏差。这样事先作出的计划在实际运行中很容易出现供求不平衡，通常依赖少量能快速改变输出电力的机组和调度员的电话指挥来解决。”张伯明说，“新一代的EMS包含了一个可以实时监控电力供求的软件，每隔5分钟就对小时级的发电计划和秒级的实时发电控制进行时间维度的协调，自动下达控制命令，调整发电机的输出功率，把不确定性一点一点消化掉，时刻维持供求平衡，既提高发电效益，又保证电能质量。”
目标维度的含义是综合考虑安全、电能质量、经济等多个控制目标，经过全面分析后给出调度控制的辅助决策。在电力系统运行出现脆弱情况时，及时给出安全稳定预警信息，进行预防控制；在电力系统运行出现紧急情况时，能够迅速反应，快速给出调度控制决策。
“空间、时间、目标三维协调后实施的电力系统调度控制，其结果更准确、更全面、更及时，从而有效地保证了电网运行的更安全、更稳定和更经济。”张伯明说。
目前，该项成果已经被包括江苏、江西、河北、河南、山西和吉林电力调度中心等12个省级用户，包括华北、华中电力调度通信中心等4个网级用户采用，在应用中已经取得了重大的经济效益和社会效益。据部分统计，直接经济效益已经达到42463.83万元。应用这项技术，一个省级电网每年可以减少电能损失近一亿度。
每项新技术在推广初期都会遇到很多不理解和不信任。张伯明介绍，由于他们的成果具有较高的创新性，而传统的EMS已经使用了将近20年，一些应用部门往往倾向于按部就班，沿用以前的系统。“但我们以坚持不懈的努力和认真负责的态度打动了很多应用部门，让新成果得以在实践中施展。”
新一代EMS领先世界
“这项协调技术合乎电网的客观规律，一个典型的例子就是用在电压控制上。”
由于电压的控制只能分区进行，如何给电网分区就成为这项技术的核心所在。世界上无功电压控制技术最好的国家是法国，他们采取的是一种“硬分区”模式，即通过计算将电网分成固定的区域，区域一经划定，就不再改变。而这种技术显然不适合中国，因为我国电网发展很快，电网的布局不断改变，现在划分的固定区域很有可能过一段时间就不再适用了。
于是，张伯明带领团队大胆创新，提出了“软分区”的概念，实现了自适应软件自动分区，这样就保证了自动电压控制的有效进行。这项“电力系统中基于软分区的电压控制方法”专利在2008年获得了首届北京市发明专利奖二等奖。
“除了法国电力公司等少数欧洲国家的电网，世界上其他国家和地区的电网在这方面基本属于空白。”2008年，世界上最大的区域电网——美国PJM电网和清华大学签订合同，引入清华的无功电压控制（AVC）技术。目前，项目前两个阶段的工作已经完成，清华的AVC系统已经在PJM电网挂网运行，项目第三阶段的软件商用化工作正在进行。
令张伯明倍感自豪的是，这是我国电网调度自动化方面的专利技术首次走出国门。而且现在有越来越多的外国电网公司表示对这项技术感兴趣，有合作意向。
“三维协调的新一代电网能量管理系统”解决了电网调度和控制中的核心关键问题，不需要改造一次电网，以较小的代价，通过开发聪慧“大脑”下达控制命令使得电网运行更正常、更可靠、更充裕，增大了电网抗扰动能力。
该成果被评为2007年度“中国高等学校十大科技进展”之一，并荣获了2008年国家技术发明奖二等奖。在国际上被誉为电力系统调度自动化之父的Tomas E. DyLiacco博士高度评价了该项技术：“新一代EMS无疑是当今最新的科技进展，它在中国的实现领先于世界。”
张伯明将这些成绩归功于团队的共同努力以及我国整体科研投入的增加，并且颇有感触地说：“清华为我们提供了一个宽松的科研环境，大家可以根据自己的兴趣、专长，自由地作研究。”
下一代技术：面向能源清洁化变革
未来，张伯明将继续专注于EMS研究，“没有健全的大脑，人类不能正常行动，电网控制中心没有优良的调度自动化系统、没有EMS这个‘大脑’，电网正常运行也不能保证”。
他的研究将面向能源清洁化变革。“大量可再生能源接入电网增加了电网运行的不确定性。为保证安全、经济、连续地给用户提供质量合格的电力，需要对电力系统的运行进行全面、有效、快速、复杂的调度控制。”张伯明说。
就在接受《科学时报》采访的当天，张伯明作为首席科学家正在申报一个新的“973”计划项目“面向能源清洁化变革的智能电网能量管理基础研究”。
“我们花了一个半月的时间才把思路理清楚，刚刚提交了申报材料。”张伯明介绍，如获批准，清华大学将联合国内共12家单位，准备在未来5年完成这个项目。
张伯明说，我国未来智能电网的发展将面临三大挑战：第一，聚纳大规模间歇式可再生能源电源；第二，电动汽车广泛随机接入；第三，保障电网运行的自愈性。靠什么解决？要靠“大脑”、靠EMS。需要开展智能电网能量管理基础研究。需要解决两个科学问题：一是智能电网运行中“源”的协同性问题；二是智能电网运行中“网”的自愈性问题，最终建立起智能电网能量管理的理论体系。在这一理论体系指导下，开发智能电网能量管理系统，通过能量调控，实现智能电网的安全、优质、经济、环保运行。
“我们研究的智能电网能量管理与传统的有所不同，是面向能源清洁化变革的智能电网，这里面有许多新的挑战。”张伯明坚定的眼神让记者相信，接下来的5年、10年，这位已年过花甲的教授仍将为我国的电力事业孜孜不倦地前行。
张伯明，清华大学电机系教授，IEEE Fellow。长期从事电网调度自动化的教学、科研、开发和工程应用工作，多年来持续推动电网能量管理系统的推广应用，发明多项引领调度自动化技术发展方向的关键技术。曾获国家科技进步奖二等奖、国家技术发明奖二等奖、北京市科学技术奖一等奖、“中国高等学校十大科技进展”。还曾获光华科技基金一等奖和何梁何利科学与技术进步奖。兼任中国电机工程学会理事、CIGRE中国国家委员会执委、控制中心国际论坛执委。
《科学时报》 (2011-04-08 A2 清华大学百年校庆)