来源：中国电机工程学会

导语：

在中国电机工程学会成立90周年之际，为传承发扬学会的历史文化，回顾展示科学家与科技工作者的贡献和成就，学会继续推出“电力之光”科学家精神系列有声微信，大力弘扬以爱国、创新、求实、奉献、协同、育人为核心的科学家精神，引领电力科技工作者尤其是青年科技工作者坚定理想信念、厚植家国情怀、激发使命担当、汲取奋进力量，让科学家精神绽放出新的时代光芒！

本年度科学家精神系列有声微信将以“国家工程师奖”首次评选表彰为契机，围绕历届“顾毓琇电机工程奖”获得者的事迹展开。“顾毓琇电机工程奖”是由中国电机工程学会与国际电气电子工程师学会电力与能源分会（IEEE PES）共同发起和管理的国际性奖项，每年表彰一位在电机工程领域取得重大成就、为电力科技进步做出突出贡献的专家。该奖项是我国设立的首个国际工程奖。

欢迎广大电力科技工作者积极收听并大力宣传。

持之以恒为电网创造智慧“大脑”

—记第六届顾毓琇电机工程奖获得者张伯明先生

张伯明，1948年生，山西霍州人，清华大学电机系教授，博士生导师，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。2013年获得中国电机工程学会颁发的首届中国电机工程杰出贡献奖。曾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。2015年，张伯明荣获了顾毓琇电机工程奖，这是中国电力行业第一个国际工程奖，以表彰他在中国电力系统控制中心能量管理系统（EMS）技术研究和工程应用中所做出的杰出贡献。

张伯明出身于一个知识分子家庭，从小就受到了家庭的熏陶，对学习充满了浓厚的兴趣。他对于未知的事物总是充满好奇，渴望探索。文化大革命期间的上山下乡运动，给予了他极大的锻炼，使他学会了在艰苦的环境中坚持和忍耐。他说：“我们那一代人，由于吃苦太多，所以比较能够适应环境，也容易正确定位自己，容易知足。心里较少会不平衡，容易做到持之以恒。”

1968年，张伯明高中刚毕业就前往农村，他在辽宁省海城县的一个偏远山沟里度过了三年的“农民”生活。即便在这样的条件下，他依然保持着对学习的热情，书本和纸笔总是随身携带。1971年，由于辽宁鞍山钢铁公司急需人员，他幸运地被选为从农村返回城市的知识青年之一，成为鞍钢发电厂的一名工人。在那里，他对随处可见的仪表、器械和线路产生了浓厚的兴趣，利用业余时间进行自动化仪表的小发明，并自学了一些大学课程。

1977年，随着高考的恢复，张伯明凭借自己从未间断的学习，以优异的成绩考入了西南交通大学电力机车专业。尽管当时的西南交通大学位于四川峨嵋山的艰苦环境中，但他和他的同学们都非常珍惜这次学习的机会。大学期间，由于他过去长期的自学，本科课程对他来说相对轻松，这让他能够将更多的精力投入到考研的复习中。1979年下半年，他顺利地考入了哈尔滨工业大学，攻读硕士学位，这距离他本科入学仅一年半的时间。

在哈尔滨工业大学，张伯明每天上课近8小时，晚上还要上自习到深夜，但他从未感到疲惫。他形容那时的学习状态是“玩命”的、“发了疯”的，这种高强度的学习让他进步神速。1982年，他成功考入了清华大学，攻读博士学位，并成为当时全校仅有的8名博士生之一。不到三年的学习后，1985年6月，他以博士学位毕业并留校工作。1987年，他前往英国，成为了一名访问学者，继续他的学术探索。

1988年底，张伯明从英国归来后，便开始在东北电网调度中心夜以继日地投身于EMS高级应用软件的开发。EMS，即能量管理系统，可以比作电网控制中心的“大脑”，可通过计算机系统，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。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，没有能力引进EMS应用软件，而是需要立足国内情况自行开发。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30多年前，这一领域在中国几乎是一片空白，缺乏可参考的资料，同时国外技术资料也对中国保密。

在那段充满挑战的岁月里，即便是如今看似微不足道的问题，也曾是难以逾越的巨大障碍。张伯明面对着一片未知的领域，他从国外引进的自动化系统平台数据库的说明文档中，一页页翻阅，一行行分析，试图在字里行间寻找破解之法，他决心要将自主研发的算法嵌入到引进的调度自动化系统平台中，打造出属于中国的EMS应用软件。

从无到有的过程肯定是很困难的。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，张伯明经常熬夜到通宵，夜间冷，他就将装计算机的包装箱拆了当被盖。

1990年，张伯明在东北电网调度中心担任EMS项目完成人

功夫不负有心人。张伯明只用了不到两年的时间就实现了从无到有的跨越。1990年5月，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。张伯明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科技奖的EMS应用软件项目。

自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后的20多年里，张伯明和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。例如，电网建模的图模库一体化技术、DTS/EMS一体化技术都是他们在那个时期率先研发出来的。

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。通过长期的研究和反复论证，张伯明和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。

空间维度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，电力系统运行要求电力供需时刻保持平衡，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。这样事先做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。

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。实际上，当前正在发展的智能电网技术，当电网中接入大量可再生能源发电，而要实现全局最优，其核心也还是要通过三维协调，最终才能实现全局协调优化，达到协同的效果。

该项成果后来被江苏、江西、河北、河南、山西和吉林电力调度中心等20多个省级用户，以及华北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。应用这项技术，一个省级电网每年可以减少电能损失近1亿千瓦时。

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。当时世界上无功电压控制技术最好的国家是法国，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。

2005年，参加在瑞士召开的电网控制 中心国际研讨会期间，张伯明教授与国 际上被誉为电网调度自动化之父的Tom DyLiacco博士合影

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 托马斯·E·迪利亚克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。”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。通过三期项目，目前，清华的AVC系统已经在PJM电网挂网运行。这是我国电网调度自动化方面的专利技术首次走出国门。现与马来西亚电网公司、加拿大的BC Hydro等开展该技术的合作。

2007年在挪威召开的电网控制中心国际研讨会执委会上

2013年，张伯明作为首席科学家，承担了科技部的973计划项目——“源网荷协同的智能电网能量管理和运行控制基础研究”。这个项目从2013年到2017年持续了5年。研究在可再生能源发电和电动汽车等负荷广泛接入电网的情况下，如何对电网进行能量管理和运行控制，使得电网能够安全经济运行，最终使得源网荷达到协同。我们提出了“分布自治—集中协调”的架构和决策机制，提出了“EMS家族”的概念，通过分布自治实现“源”和“荷”的自律，使它们对电网友好；通过集中协调实现源网荷的协调优化，达到总体协同的效果。

张伯明在国内外学术期刊上发表了300多篇论文，教学一直是他的最爱。他在清华大学电机系给研究生上电网分析课程已经有20多年了，他非常爱他的学生。他编著的《高等电力网络分析》一书被教育部列为全国研究生推荐教材，书中大量融入了他对电网概念和分析方法的理解和体会，看到很多他不熟悉的年轻人，通过他的这本书认识他，并向他打招呼，张伯明感到非常欣慰。

与学生们在《高等电力网络分析》课程上的合影

张伯明表示，他本人的能力和精力都是有限的，他希望将更多的时间和精力用在培养年轻人方面。他培养的研究生中，有的已经成长为长江学者、国家级教学名师，他认为年轻一代极富创新思维，敢于开拓，精力充沛，他们一定会做得更好，为国家做出更多有用的成果。他的话语中透露出对年轻一代的殷切期望和对教育事业的深厚情感，让我们深刻感受到一位教育家和科学家的崇高情怀和伟大使命。