電力能源是一個國家經濟發(fā)展的命脈，電力系統(tǒng)是一個國家國計民生的重要組成部分，也是綜合國力的重要體現(xiàn)。改革開放以來，我國電力工業(yè)跨越式發(fā)展，但在電力需求快速增長的過程中，由于我國早期電力工業(yè)底子薄，發(fā)展所需的高端技術裝備、高端仿真軟件均依賴國外，在實踐過程中遇到了各種各樣的技術壁壘。不過，與此同時，也涌現(xiàn)一批又一批砥礪前行的中國電力人，他們懷揣夢想，在發(fā)展大國電力的道路上，進行著艱苦而執(zhí)著的探索。
成長于安徽廬江的張東輝，少年時也曾有拉閘限電“用電難”的生活記憶。長大之后，他先后就讀于清華大學自動化系和電機系，主攻電力系統(tǒng)分析方向;畢業(yè)后工作于南方電網，積累了大量電力系統(tǒng)一線研究工作經驗。2019年，他在清華四川能源互聯(lián)網研究院成立系統(tǒng)混合仿真研究所，帶領團隊開發(fā)國產自主的新一代電磁暫態(tài)及混合工業(yè)仿真平臺，力求打破國外壟斷、達到國際領先水平，為我國建設新型電力系統(tǒng)保駕護航，也為研發(fā)高端電氣設備插上翅膀。他立志成為一名改變中國電力進程的開拓者，能源互聯(lián)時代的造夢人。
“核心技術還得靠自己”
張東輝在成長過程中一直堅持堅韌、務實、執(zhí)著的作風，在清華大學攻讀碩士研究生的幾年時間里，他憑著扎實的理論功底和不服輸?shù)膶W習態(tài)度，得到了學校師生的一致認可。畢業(yè)后，張東輝在電網公司工作，擔任南方電網某計算室主任、直流國家重點實驗室系統(tǒng)部副部長，長期從事電網網架重大規(guī)劃設計、電網重大工程研究、大電網運行方式研究等工作。
在張東輝參加工作的最初幾年，也是我國電力發(fā)展突飛猛進的一個時期，不管從技術上，還是管理上，都比之前上了一個臺階。在單位老同志們的言傳身教下，他也得到了很多鍛煉的機會，從而對電力系統(tǒng)的前沿技術產生了更大的研究興趣，也做了更為深刻細致的科研工作。尤其是和中國工程院李立浧院士、饒宏院士這樣的大家在同一個課題組共事，讓張東輝見識到了真正頂級科學家的嚴謹和專業(yè)的學術作風，也在和前輩們的不斷交流中快速增長了對電力系統(tǒng)的認知和經驗。
張東輝明白，做科研要“頂天立地”，一頭深深扎根于基礎研究，解析海量電氣設備之間相互作用的奧秘;另一頭則與國家和社會需求緊密相連，解決電力工程中廣泛存在的一個個實際問題。正如領導人一直鼓勵科研人員要把“論文寫在祖國的大地上”，將先進的科技成果應用在實現(xiàn)現(xiàn)代化強國的創(chuàng)建中。張東輝對此深以為然，他積極行動起來，牽頭并參與完成云南電網與南方電網主網異步聯(lián)網、廣東電網分區(qū)方案等具有長遠影響的電網重大工程系統(tǒng)的方案研究。
“云南電網省內交直流并聯(lián)運行、國內多回直流遠距離大容量輸電、國際多個方向送受電的送端大電網，也是‘西電東送’戰(zhàn)略的重要能源基地和‘一帶一路’面向南亞東南亞的重要電力樞紐。”張東輝介紹道，“但是當時電網結構還比較弱，會遇到一些安全風險，所以為給電網在結構上做優(yōu)化，我們做了很多的避險方案，首次用到了背靠背的柔性直流進行異步分區(qū)。”關注弱電網區(qū)域分區(qū)直流穩(wěn)定運行是工程最核心的問題，也是張東輝攻克技術難點最多的一個方面。他和同事通過反復努力，建成了世界上以技術先進、特性復雜、電力綠色著稱的異步送端大電網，安全保障能力和運行水平全面提升，助力“西電東送”國家戰(zhàn)略的實施，真正實現(xiàn)了電力資源的優(yōu)化配置，形成了區(qū)域協(xié)同、東西互濟的良性發(fā)展格局。
在攻堅克難的進程中，張東輝感受到最大的瓶頸就是對國外電氣仿真軟件的依賴，以及國產電氣仿真軟件的缺位。“仿真可以，但是價格偏高，對國內用戶需求響應不好”。但在當時，國內普遍對軟件研發(fā)的重要性認識不夠，總覺得“與其從頭研發(fā)不如買現(xiàn)成的”，這就造成了長期以來應用單位對于國外軟件的依賴。從懵懂的新人，成長為不可或缺的技術骨干，那些年經歷的許多磨礪，使張東輝受益終生，也使他越來越明白，核心技術是花多少錢也買不來的，搞科研攻關，總跟在別人的后面永遠無法做到超越。真正領先世界的尖端技術，只能靠自己一點一滴地積累、一城一池地攻克!
工業(yè)軟件被譽為工業(yè)活動的“大腦”，是整個工業(yè)數(shù)字化的核心底座技術，在推動“中國制造”向“中國智造”的轉型、賦能實體經濟變革中發(fā)揮著至關重要的作用。“作為關鍵的核心軟件，被國外壟斷就等于卡住了中國電力系統(tǒng)發(fā)展的脖子。”張東輝一語道出了當時的困局。他敏銳地意識到發(fā)展我國高端電氣仿真軟件自主化的迫切性——只有自己掌握了核心技術，有了核心生產力，中國才有能力保證自己的能源安全，才有機會去開拓更大的國內市場和國際市場。為此，他決心走出一條自主知識產權的路徑，為電氣行業(yè)國產仿真軟件做一些開拓性的工作，這也成為張東輝日后孜孜不倦努力攻克的科研方向之一。
破解時代難題
時間走到21世紀第二個10年，世界正經歷能源革命，綠色、低碳、清潔成為能源發(fā)展的主導趨勢，風電、光電、氫能、儲能等新能源產業(yè)迎來快速發(fā)展期。在2020年的第七十五屆聯(lián)合國大會上，中國宣布將力爭2030年前實現(xiàn)“碳達峰”、2060年前實現(xiàn)“碳中和”。這一承諾體現(xiàn)出一個大國的責任與擔當。在這種情況下，各行各業(yè)都在碳減排溫室氣體各方面加強研究，能源行業(yè)自然也承擔著不可推卸的重要責任。
電力在我國能源消費與碳排放中占據(jù)著重要地位，電力系統(tǒng)的低碳轉型，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)將對我國“碳達峰”“碳中和”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)起到關鍵作用。隨著我國正在建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，新型電力系統(tǒng)下的系統(tǒng)節(jié)點劇增、海量數(shù)據(jù)涌現(xiàn)，以及精確模型難以獲取，系統(tǒng)計算規(guī)模急劇增大，多類型新能源接入給系統(tǒng)建模和分析帶來更大調整，系統(tǒng)安全面臨更大風險，傳統(tǒng)仿真精度和建模已經不能滿足新型電力系統(tǒng)仿真分析的需要。
▲張東輝團隊合影
海闊憑魚躍，天高任鳥飛。2019年，張東輝加盟了清華大學與四川省政府為了響應國家“能源革命”新思路而聯(lián)合創(chuàng)辦的清華四川能源互聯(lián)網研究院(以下簡稱“研究院”)。能源互聯(lián)網是一種將互聯(lián)網理念、技術與能源生產、傳輸、存儲、消費及能源市場深度融合的新型生態(tài)化能源系統(tǒng)。它以電力為基礎，以可再生能源利用為優(yōu)先，通過多種能源協(xié)同、供給與消費互動、集中與分布并舉，大眾廣泛參與，實現(xiàn)能量流、信息流、業(yè)務流、資金流、價值流的優(yōu)化配置，促進能源系統(tǒng)更高質量、更有效率、更加公平、更可持續(xù)地發(fā)展。
張東輝扎根研究院，從事系統(tǒng)混合仿真的研究，將目標主要聚焦在兩個重要方向，一個是為新型電力系統(tǒng)建設提供機電電磁和全電磁仿真分析方法;另一個是為高端電氣設備研發(fā)提供先進的實時測試手段，研究并實用化新一代高精度國產通用電磁暫態(tài)實時仿真器。
我國開始建設大規(guī)模新能源接入的交直流混聯(lián)電網時，張東輝在研究院組織團隊開發(fā)并實用化適應大規(guī)模直流和新能源接入的MEET機電電磁混合仿真平臺。平臺兼具機電暫態(tài)仿真規(guī)模大、效率高，以及電磁暫態(tài)寬頻仿真、模型更為精準的優(yōu)勢，能夠快捷方便、自動化實現(xiàn)上萬節(jié)點大電網機電電磁混合實時仿真。成果已運用于11家單位實際生產運行和新能源接入仿真，功能和作用得到充分驗證，如應用于四川電力設計院，解決高比例光伏和直流分析難題;應用于四川電網RTDS實驗室，解決四川電網安穩(wěn)校準工作量大難題;應用于云南、貴州電網，解決大電網高比例新能源對系統(tǒng)影響精準仿真難題等。
隨著我國能源轉型步伐加快，我國正在構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)，新能源大規(guī)模接入后電網穩(wěn)定特性復雜，出現(xiàn)的各類振蕩和運行特性問題難以用已有機電暫態(tài)軟件準確分析，需要能適應大規(guī)模電力電子接入的高效電磁暫態(tài)仿真分析軟件工具。此外，我國電氣化進程中研發(fā)了各類鐵路、艦船、工業(yè)制造等高端電氣設備，也對電磁暫態(tài)仿真分析和延伸的通用實時仿真器需求非常巨大。我國國內各大科研院所、高校由于使用慣性，基本上還是使用國外軟件，國內市場仍然基本被國外產品所壟斷。國內雖然有研發(fā)類似產品，但是由于產品成熟度、仿真友好度、仿真精度等方面原因，推廣和易用性較差。國內各個電網公司、電源企業(yè)、高端制造企業(yè)每年要花大量外匯購買國外產品，一方面有被“卡住脖子”和保密性差的風險，另一方面，新型電力系統(tǒng)和高端電氣設備也需要性能更高的新型電磁暫態(tài)分析工具。
張東輝深刻認識到國家的巨大需求，不局限于研究院的團隊，他牽頭組織國內各方技術團隊聯(lián)合開發(fā)新一代電磁暫態(tài)仿真平臺，并研發(fā)高精度國產通用實時仿真器。歷經數(shù)年自主開發(fā)，目前平臺已經成熟，多方面表現(xiàn)出明顯的高精度、高效率、大規(guī)模等技術優(yōu)勢，已成功應用于多個新型電力系統(tǒng)超大規(guī)模新能源接入場景分析、超大規(guī)模電力電子設備硬件在環(huán)、高端電氣設備跨平臺精準模擬等實際工程案例。張東輝牽頭開發(fā)的電磁暫態(tài)仿真平臺擁有完全自主知識產權，不依賴于任何國外平臺，從界面、算法到硬件接口，每一行代碼都是自主完成。平臺追求極致的仿真精度，基礎元件精度誤差小于10-8，交流模型和電力電子模型精度與通用軟件高度一致，部分模型精度更高。平臺仿真速度和國外通用離線軟件相比，不降低仿真精度和模型復雜度的前提下，能取得數(shù)十倍甚至數(shù)百倍的速度優(yōu)勢，仿真規(guī)模由此也有量級上的突破，在大規(guī)模新型電力系統(tǒng)和電力電子仿真上取得遙遙領先的技術優(yōu)勢。
仿真平臺追求高度的實用化，常見模型庫完備、嚴謹、可靠，硬件在環(huán)接口和協(xié)議齊全、參數(shù)先進、自由組合，具備靈活的多核、多機規(guī)模仿真、自動分網、分核功能，以及靈活、強大的自動、自定義建模和批處理能力，因此，平臺一經推廣，就在工程實際應用方面取得了較大的成功，如應用于鐵路系統(tǒng)新一代鐵路供電技術貫通同相供電和地鐵柔直供電，應用于三峽烏蘭察布重點實驗室大規(guī)模新能源實時電磁暫態(tài)仿真，應用于核電跨平臺仿真，應用于我國多個大規(guī)模新能源集中并網基地穩(wěn)定分析，應用于我國交直流混聯(lián)電網穩(wěn)定分析等。張東輝牽頭研發(fā)的平臺解決了仿真規(guī)模大與精度難以兼顧的電磁暫態(tài)仿真難題，極大降低了我國企業(yè)使用實時仿真器成本，有效打破國外技術和市場壟斷，為我國高端電氣設備研發(fā)提供關鍵仿真技術支撐，真正做到了技術超越。
“一個人走得快，一群人走得遠”
“把想法變?yōu)楝F(xiàn)實，將理論結合實際，光靠一個人肯定是不可能的，這需要一支協(xié)同合作的團隊，從不同的角度進行深入的工作。”在基礎研究和平臺開發(fā)過程中，張東輝找到了很多志同道合的合作者。
“知行合一”——讓科研成果“落地生根，開花結果”，解決國家的能源和民生關鍵問題，是張東輝和同行者的一貫信念。所以，他們的思想始終與國家戰(zhàn)略同頻共振，始終把國家民族的利益放在首位，國家需要什么，技術就要向哪里延伸，要讓科研開發(fā)與國家需求緊密相連。
面向新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)、高耦合先進電力電子設備仿真模擬和系統(tǒng)分析難題，張東輝用了6年時間從無到有一手創(chuàng)立起系統(tǒng)混合仿真研究所，從最初的單槍匹馬到如今的兵強馬壯，擁有博士4人、正高職稱4人，團隊成員大部分畢業(yè)于各大名校，張東輝帶領著自己的團隊，駛入了科研高速路。
談到團隊，張東輝不僅是位出色的科研帶頭人，也是一個優(yōu)秀的管理者。他明白，誰擁有更多更好的人才，誰就能在競爭中取得主動，贏得未來。在這支核心成員大多都由“90后”組成的年輕團隊中，他包容每個人的個性、發(fā)揮每個人的閃光點。通過團結協(xié)作，為一個更大的、一致的理想和目標而努力。正因如此，他擁有的是一個朝氣蓬勃、面向未來、充滿了正能量的團隊，他們結合仿真技術在能源互聯(lián)網戰(zhàn)略中的發(fā)展，將自身定位為產業(yè)團隊，同時綜合多個技術方向協(xié)同創(chuàng)新。“每個人都有自己的特點和長處，把自身的強項發(fā)揮到極致，每個人都能做‘最好的自己’，就是對團隊、對國家的最大貢獻。”
張東輝時常勉勵團隊中的年輕人，在科研的舞臺上，從沒有寫好的劇本，都要靠自己勇敢地去探索未知的世界，不斷地突破和大膽創(chuàng)新。正因為艱難，正因為挑戰(zhàn)，做科研的人才更應該迎難而上去解決問題。“不能因為技術難度大、此前沒有相關經驗就退縮。”在他看來，大到一個國家，一支軍隊，小到一個科研團隊，都要有一種面對困難，敢做決斷，勇于攻堅的亮劍精神。
當然，每一次攻堅克難的過程都不會是一帆風順的。“電力系統(tǒng)運行事關重大，任何一個小錯都有可能釀成大錯，每個決策人身上都擔負著很大的壓力。”張東輝這樣解釋著他所從事的行業(yè)特性。而膽大心細、敢想敢干，這已經成為同事們對張東輝的共識。但他的拍板從不是蠻干，他具備整個工程的思維方式，同時有系統(tǒng)的管理能力，另外還對設備本身的技術非常了解。你會發(fā)現(xiàn)，張東輝的每一個決定其實都是在深厚的專業(yè)知識和豐富的工程經驗基礎上，根據(jù)現(xiàn)實情況的綜合施策。
作為團隊帶頭人，張東輝在每一次向科研高地沖鋒陷陣之際，都是身先士卒，親力親為，沖在最前面，承受最大的壓力。別人會以為他為此痛苦或者焦慮，但是誰也不會想到，每一次攻關過程中遇到的困難和挫折，張東輝都統(tǒng)統(tǒng)視為挑戰(zhàn)的樂趣。他表示：“真正的戰(zhàn)士，只有聽到了前線的槍聲才能感到興奮?？蒲泄ぷ髡咭惨粯樱斈愎タ肆穗y關，完成了國家交給你的任務，那一刻內心的成就感和滿足感是無法用語言來形容的。”
總書記在二十大所作的主題報告中，提出“深入推進能源革命”“加快規(guī)劃建設新型能源體系”“堅定維護能源資源安全”。作為能源科技工作者，張東輝和他的同事們深感肩上的責任重大，但同時更在內心深處涌出無窮的動力。
“電力能源行業(yè)現(xiàn)在越來越需要低成本、大容量的清潔能源，對我們的技術創(chuàng)新提出了更多的要求。”張東輝如是說。在他們的共識里，一項好的仿真技術應該能夠轉變?yōu)樯a力。能夠轉變?yōu)樯a力，仿真結果的“準”一定是第一位的，而要做到“準”，就需要去實踐中摸爬滾打，通過對關鍵技術、基礎方法，以及更多的細節(jié)問題進行打磨，實現(xiàn)仿真結果的精準度和穩(wěn)定性。
“一個既準又快的仿真需要全鏈條的可靠，對人員的要求很高。”在張東輝看來，做人和做科研是一樣的，必須“靠譜”!他時常告誡團隊里的年輕人要對仿真得到的結果時刻保持懷疑態(tài)度，盲目堅信自己的仿真結果是工作中的大忌，“仿真只是一種工具。仿真出的結果需要經過實驗和實踐的雙重檢驗去驗證和完善，只有經過實踐檢驗后堅持滾動完善的結果，才是符合實際的仿真結果”。
“科研的過程就是不斷積累和突破，我們面對的每一個課題都有各自的特點和難點，我們的工作就是這樣一個不斷摸索、不斷創(chuàng)新的過程。”張東輝說，踏踏實實，一步一個腳印，把注意力和關注點聚焦到核心目標、核心需求和核心技能上的同時，在每一個細節(jié)上都要務實求真，遇到瓶頸的時候，專注于解決問題本身的技術，或者解決痛點問題的正確思路上，才會把聰明才智發(fā)揮出來，做到“鐘情一件事，術業(yè)有專攻”。
驀然回首，從當年的拉閘限電到今天的燈火輝煌，電力成為中國綜合國力發(fā)展的一個縮影，這些偉大的成就，甚至被國際大電網會議組織稱為“世界電力工業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑”。
“如果說在5年前，我們可能同國外還是有一定的技術差距，現(xiàn)在基本上已經算趕上了。不僅趕上了，我還要超過他們!”盡管任重道遠，路阻且長，但是對于未來，張東輝充滿了信心。他的“能源強國夢”在心中一直熠熠發(fā)光，照耀著他昂首前進的步伐，也將照亮中華民族偉大復興的強國之路。
張東輝，正高級工程師，清華四川能源互聯(lián)網研究院系統(tǒng)混合仿真研究所所長，清華大學深圳國際研究生院碩士企業(yè)導師、西南科技大學碩士企業(yè)導師，IEEE(PES)中國大電網規(guī)劃分委會秘書長，四川省峨眉計劃特聘專家、“天府英才計劃”特優(yōu)A類人才，長期從事新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定及仿真研究、高端電氣設備仿真算法研究、交直流系統(tǒng)規(guī)劃運行研究及軟件開發(fā)。共主持參與了30余項重大電網和能源課題研究，獲得省部級科技獎勵4項、工程咨詢獎勵3項，專利授權20項，發(fā)表《工程索引》(EI)等文章十余篇，參與出版專著2部。
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