清华大学电机系孙宏斌：为电网装上“超强大脑”

孙宏斌，1969年生于浙江台州，清华大学电机工程与应用电子技术系教授、博士生导师，国家级教学名师，教育部“长江学者”，享受国务院特殊津贴专家，美国电气和电子工程师协会（IEEE）会士、英国工程与技术学会（IET）会士、国家杰出青年科学基金获得者、国家“万人计划”科技创新领军人才。2018年，获得国家科学技术进步奖一等奖。
 
 
一座座输电铁塔耸立天地之间，仿佛一个个钢铁巨人，伸出巨手擎起特高压电网，一路穿山过川，行走在幅员辽阔的中华大地。4000米的海拔落差忽高忽低，零上零下80摄氏度的温差忽冷忽热，受制于自然的风电、光电输入忽强忽弱……这一切让控制电压成为一道世界难题。
 
改变电压控制的人工操作，为我国极为庞大而复杂的电网装上“超强大脑”，清华大学电机工程与应用电子技术系教授孙宏斌和他的团队做到了！他们披肝沥胆27年完成的“复杂电网自律—协同自动电压控制关键技术、系统研制与工程应用”项目，让“自动电压控制”成为现实。1月8日，他们光荣地站上了国家科学技术进步奖一等奖的领奖台。
 
攻坚，二十七年磨一剑
 
　1月23日下午，记者在清华大学西主楼的一层办公室里，见到了孙宏斌教授。今年50岁的他眼睛总含着笑，儒雅而又谦和，听到称赞，他会不好意思地低下头。
 
我国很长一段时间里，为了维持系统电压安全，控制中心调度员要24小时监视全网各节点电压，一旦发现异常，就逐级拨打电话发出调节指令。可随着时代发展，这种“笨功夫”不仅耗费大量人力，眼见电网规模日益扩大，也越来越难以执行。
 
“尤其是经济发达、用电量大的地区，电从远方输送过来，就像瀑布注入深潭，容易形成电压‘凹陷区’。这种凹陷区如果遇到突发故障，就像推倒多米诺骨牌，容易引发连锁的大面积停电事故。”孙宏斌举例说，不论美加“8·14”大停电，还是希腊大停电、波兰大停电，背后都有电压失稳在作祟。
 
如何破解这个世界性难题？孙宏斌团队提出，给电网装上“超强大脑”——自动电压控制系统。该系统能够实时采集电网数据进行分析，利用有效的算法形成全局决策，自动闭环控制无功和电压调节设备，使电网时刻处于最佳状态。
 
“拿来主义”恐怕行不通。进入21世纪以来，我国全国装机总容量从2000年的3.2亿千瓦一举跃升到2015年的15.08亿千瓦，一年的新增装机容量就几乎与英国全国相当，需要蹚出一条前人从未走过的路。
 
　　27年前，还是博士研究生的孙宏斌，就在导师相年德教授、张伯明教授指导下，开始涉足这一领域。团队决定，采取“自律协同”技术。如同一个“跷跷板”，一边是自律，让各个电网节点“严于律己”；一边是协同，让各个电网节点“默契配合”。“我们正是踩在自律和协同之间最难的地方，要找到那个微妙的平衡点。”孙宏斌说。
 
“主从分裂理论”，这一物理学和数学的完美融合，成为解决复杂电网问题的破题之笔，为自动电压控制技术的广泛应用打下坚实理论基础。
 
采访孙宏斌时，他一再欣喜而骄傲地提起他的团队，是这支薪火相传、精诚合作的队伍，共同取得令人瞩目的重大成果。
吴文传，清华大学电机系教授、电力系统研究所所长、国家杰出青年科学基金获得者。他谦虚地这样解释自己的工作：“科研本身就是很艰苦的过程，跟农民种地类似，也是播种、耕耘、收获。”
 
郭庆来，清华大学电机系副教授、教育部“青年长江学者”、国家优秀青年科学基金获得者。仅江苏电网一个项目，他就在机房里待了近3年，“几乎找不着人说话”。但他很知足，因为在其他人还使用仿真数据时，他已经拿到了一手的现场数据。
 
王彬，清华大学电机系高级工程师，团队里的“拼命三郎”。他一年出差320多天。结婚只提前一天到家，婚礼结束就赶回外地现场。如今，他深度参与了全国20多家网省公司的自动电压控制系统研发和工程实施，足迹遍布全国六大区域电网。
 
葛怀畅，清华大学电机系博士后。“90后”的他牢记孙老师的叮嘱，“一个博士生是否合格，就看他能否在细分领域做到世界范围最前沿”，他决心把团队精神传承下去。
 
豪情，顶天立地做科研
可怀揣着先进技术，时年31岁的孙宏斌却吃了“闭门羹”。当时，国内条件不具备，即使上门宣传“推销”，有的电网公司“听不懂”，有的“用不了”。一句话：“不感兴趣”。
 
失落吗？孙宏斌认真地告诉记者：“我觉得正常，几乎所有新技术都要耐得住寂寞。”他想了想，强调道：“这是国家发展需要，必须有人坐‘冷板凳’，也必须有人去做看似当下还用不上的前瞻性研究。”
除了专业书籍，孙宏斌从小最爱读的是金庸小说，“反复重温，喜之不尽”。当读到郭靖的“侠之大者，为国为民”，这个从小成长于浙江台州的男孩痴了，心潮澎湃，悠然神往，为那份万丈豪情，更为家国情怀。
 
“作为工程学科，就是瞄准国民经济主战场，顶天立地做科研。天天琢磨自己的论文在哪儿发表，那不行！”这是导师张伯明教授当年的教导，如今，孙宏斌语重心长地嘱咐自己每个弟子。
 
“束之高阁”两年，机会终于来了！2002年，江苏电网迫切需求自动电压控制系统，他们找过其他研究机构，可无人“揭榜”，孙宏斌接下了挑战。
那一刻，让孙宏斌至今想来心惊肉跳：江苏电网调度控制中心机房里，孙宏斌和团队成员的神经紧绷到极点。理论和实践毕竟存在差距，控制中心测出的电压和实际电压存在误差，如果贸然调整，就会因电压超出合理范围引发事故。“电的速度非常快，容不得出一点差错，全局闭环控制后果是什么？有没有意料之外的安全隐患？”孙宏斌和团队成员几天几夜不敢合眼，轮班盯着屏幕。
 
　当亲眼看到控制指令输入电网系统，设备按照预想达到理想效果时，整个机房沸腾了！“那一刻的成就感，这辈子都忘不掉。”郭庆来仍然心潮难平。
 
随着大规模风电发展，需求越来越迫切。“孙老师，您赶紧过来吧！我们这儿警报大作，电压像皮鞭一样舞动，风机跟小萝卜头似的一个接一个离开电网。”2011年的一个晚上，孙宏斌接起电话，某电网公司调度主任焦急的声音传来。而就在两年前，这位主任还坚信自己的电网“铁板一块，那点风电接进来没问题”。
 
这些年，孙宏斌几乎没有周末和假期。心脏出了问题，只肯大年二十九申请住院，只因这样不耽误工作。当年的他在控制系统现场一去不返，女朋友险些以为他失踪；现在的他平均每天工作十二三个小时，手机半年即记录了1447条工作任务，同事和学生经常收到他深夜一两点发来的微信和邮件。
 
如今，孙宏斌团队的自动电压控制系统控制了全国81%的常规水火电机组与55%的风光机组，承担了已投运的全部17条交直流特高压线路近区电网电压控制，在我国电网安全运行、节能减排和大规模可再生能源接纳等方面取得巨大的经济社会效益。
 
“中国电网每年损耗电量约4000亿千瓦时，相当于损失4座三峡电厂全年发电量。”孙宏斌介绍，通过自动电压控制系统，不需增加任何设备投入就能显著降低损耗，仅江苏，一年就可节电近1亿千瓦时。
 
育人，“教字当头”记心间
 
1月8日，在人民大会堂接过沉甸甸的“国家科学技术进步奖一等奖”证书，孙宏斌的报喜讯息最早发向的，是他从小到大的老师们。
 
自小成长于教师之家的孙宏斌觉得，当老师、当好老师，就是他骨子里一辈子的价值追求。“光靠一个人不行，只有一代一代人成长起来，中华民族伟大复兴的中国梦才能实现。”
 
28岁那年，学校急需补充师资，博士毕业的他毅然放弃出国和下海，留了下来。第一次站上讲台，他战战兢兢，生怕耽误了孩子们。困难不是没有，科研任务繁重，教学刚刚入门，到底该顾哪头？“张伯明教授送我4个字——‘教字当头’！”孙宏斌暗下决心，要将教书育人作为第一学术责任。
 
“我喜欢讲课，一上讲台就激动。”孙宏斌说。容纳120人的阶梯教室里，孙老师总是喜欢沿着台阶走到学生们中去，一节课能走20多个来回。“虽然大汗淋漓，但效果蛮好！”他得意地笑道。
 
孩子们不知道，这堂孙老师讲授了22年的课，每讲2小时，他还要备课6小时。“只有肚子里的远多于讲出来的，讲课才能生动！”孙宏斌坚信，激发孩子们的动力，比什么都重要。经过他大刀阔斧的改革，如今，《电力系统分析》获得国家级教学成果一等奖、被评为“国家精品课”，孙宏斌也被评为“国家级教学名师”。
 
这些年，孙宏斌常常做两个梦：当学生时，常梦到铃声响了，考卷没做完；当老师后，常梦到自行车链子掉了，讲课迟到。“我骨子里就是教书育人，上课是‘天字一号任务’，魂牵梦萦！”他这样解释。
 
为了讲课这个“天字一号任务”，孙宏斌不管在哪里出差，只要第二天有课，都想方设法赶回，不知多少次在深夜和凌晨赶路。2003年，母亲病危，弥留之际给他打电话，得知儿子有课，当了一辈子教师的老母亲反而安慰他先好好讲课。当孙宏斌课后火速赶回老家，母亲流着眼泪，已经说不了话了……
 
即使是给本科生上的百人大课，孙宏斌也要抽时间去学生宿舍谈心，一坚持就是十几年。“在我眼中，即使成绩排名最后的学生也同样优秀。”他笑着说起一位博士生的故事，他沉迷网络，怎么“拉”回来？孙宏斌决定用激将法，把一项非常重要的科研项目交给他。结果，项目做砸了！“失败一次没关系，但我希望，不要因为同样的原因再次失败。”孙宏斌耐心引导。这回，这位学生听进去了，顺利毕业不说，工作后还获得“突出贡献奖”和“先进工作者”称号。值吗？很多人觉得投入太大。孙宏斌却反问：“项目重要，还是人重要？要允许年轻人失败，他的岁月还长着呢。”
 
如今，在孙宏斌带领下，一批批的学生也成为了教授、副教授，有的获得国家技术发明奖，有的获国家杰出青年科学基金，有的被评为教育部“青年长江学者”，也站上了教书育人的讲台。“这就是传帮带，我们团队的传统。”孙宏斌一脸欣慰和自豪。