——记清华四川能源互联网研究院系统混合仿真研究所所长张东辉

杨 戈  蔡巧玉

　　电力能源是一个国家经济发展的命脉，电力系统是一个国家国计民生的重要组成部分，也是综合国力的重要体现。改革开放以来，我国电力工业跨越式发展，但在电力需求快速增长的过程中，由于我国早期电力工业底子薄，发展所需的高端技术装备、高端仿真软件均依赖国外，在实践过程中遇到了各种各样的技术壁垒。不过，与此同时，也涌现一批又一批砥砺前行的中国电力人，他们怀揣梦想，在发展大国电力的道路上，进行着艰苦而执着的探索。

　　成长于安徽庐江的张东辉，少年时也曾有拉闸限电“用电难”的生活记忆。长大之后，他先后就读于清华大学自动化系和电机系，主攻电力系统分析方向；毕业后工作于南方电网，积累了大量电力系统一线研究工作经验。2019年，他在清华四川能源互联网研究院成立系统混合仿真研究所，带领团队开发国产自主的新一代电磁暂态及混合工业仿真平台，力求打破国外垄断、达到国际领先水平，为我国建设新型电力系统保驾护航，也为研发高端电气设备插上翅膀。他立志成为一名改变中国电力进程的开拓者，能源互联时代的造梦人。

“核心技术还得靠自己”

　　张东辉在成长过程中一直坚持坚韧、务实、执着的作风，在清华大学攻读硕士研究生的几年时间里，他凭着扎实的理论功底和不服输的学习态度，得到了学校师生的一致认可。毕业后，张东辉在电网公司工作，担任南方电网某计算室主任、直流国家重点实验室系统部副部长，长期从事电网网架重大规划设计、电网重大工程研究、大电网运行方式研究等工作。

　　在张东辉参加工作的最初几年，也是我国电力发展突飞猛进的一个时期，不管从技术上，还是管理上，都比之前上了一个台阶。在单位老同志们的言传身教下，他也得到了很多锻炼的机会，从而对电力系统的前沿技术产生了更大的研究兴趣，也做了更为深刻细致的科研工作。尤其是和中国工程院李立浧院士、饶宏院士这样的大家在同一个课题组共事，让张东辉见识到了真正顶级科学家的严谨和专业的学术作风，也在和前辈们的不断交流中快速增长了对电力系统的认知和经验。

　　张东辉明白，做科研要“顶天立地”，一头深深扎根于基础研究，解析海量电气设备之间相互作用的奥秘；另一头则与国家和社会需求紧密相连，解决电力工程中广泛存在的一个个实际问题。正如习近平总书记一直鼓励科研人员要把“论文写在祖国的大地上”，将先进的科技成果应用在实现现代化强国的创建中。张东辉对此深以为然，他积极行动起来，牵头并参与完成云南电网与南方电网主网异步联网、广东电网分区方案等具有长远影响的电网重大工程系统的方案研究。

　　“云南电网省内交直流并联运行、国内多回直流远距离大容量输电、国际多个方向送受电的送端大电网，也是‘西电东送’战略的重要能源基地和‘一带一路’面向南亚东南亚的重要电力枢纽。”张东辉介绍道，“但是当时电网结构还比较弱，会遇到一些安全风险，所以为给电网在结构上做优化，我们做了很多的避险方案，首次用到了背靠背的柔性直流进行异步分区。”关注弱电网区域分区直流稳定运行是工程最核心的问题，也是张东辉攻克技术难点最多的一个方面。他和同事通过反复努力，建成了世界上以技术先进、特性复杂、电力绿色著称的异步送端大电网，安全保障能力和运行水平全面提升，助力“西电东送”国家战略的实施，真正实现了电力资源的优化配置，形成了区域协同、东西互济的良性发展格局。

　　在攻坚克难的进程中，张东辉感受到最大的瓶颈就是对国外电气仿真软件的依赖，以及国产电气仿真软件的缺位。“仿真可以，但是价格偏高，对国内用户需求响应不好”。但在当时，国内普遍对软件研发的重要性认识不够，总觉得“与其从头研发不如买现成的”，这就造成了长期以来应用单位对于国外软件的依赖。从懵懂的新人，成长为不可或缺的技术骨干，那些年经历的许多磨砺，使张东辉受益终生，也使他越来越明白，核心技术是花多少钱也买不来的，搞科研攻关，总跟在别人的后面永远无法做到超越。真正领先世界的尖端技术，只能靠自己一点一滴地积累、一城一池地攻克！

　　工业软件被誉为工业活动的“大脑”，是整个工业数字化的核心底座技术，在推动“中国制造”向“中国智造”的转型、赋能实体经济变革中发挥着至关重要的作用。“作为关键的核心软件，被国外垄断就等于卡住了中国电力系统发展的脖子。”张东辉一语道出了当时的困局。他敏锐地意识到发展我国高端电气仿真软件自主化的迫切性——只有自己掌握了核心技术，有了核心生产力，中国才有能力保证自己的能源安全，才有机会去开拓更大的国内市场和国际市场。为此，他决心走出一条自主知识产权的路径，为电气行业国产仿真软件做一些开拓性的工作，这也成为张东辉日后孜孜不倦努力攻克的科研方向之一。

破解时代难题

　　时间走到21世纪第二个10年，世界正经历能源革命，绿色、低碳、清洁成为能源发展的主导趋势，风电、光电、氢能、储能等新能源产业迎来快速发展期。在2020年的第七十五届联合国大会上，习近平总书记宣布中国将力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”。这一承诺体现出一个大国的责任与担当。在这种情况下，各行各业都在碳减排温室气体各方面加强研究，能源行业自然也承担着不可推卸的重要责任。

　　电力在我国能源消费与碳排放中占据着重要地位，电力系统的低碳转型，构建以新能源为主体的新型电力系统将对我国“碳达峰”“碳中和”战略目标的实现起到关键作用。随着我国正在建设以新能源为主体的新型电力系统，新型电力系统下的系统节点剧增、海量数据涌现，以及精确模型难以获取，系统计算规模急剧增大，多类型新能源接入给系统建模和分析带来更大调整，系统安全面临更大风险，传统仿真精度和建模已经不能满足新型电力系统仿真分析的需要。

　　海阔凭鱼跃，天高任鸟飞。2019年，张东辉加盟了清华大学与四川省政府为了响应国家“能源革命”新思路而联合创办的清华四川能源互联网研究院（以下简称“研究院”）。能源互联网是一种将互联网理念、技术与能源生产、传输、存储、消费及能源市场深度融合的新型生态化能源系统。它以电力为基础，以可再生能源利用为优先，通过多种能源协同、供给与消费互动、集中与分布并举，大众广泛参与，实现能量流、信息流、业务流、资金流、价值流的优化配置，促进能源系统更高质量、更有效率、更加公平、更可持续地发展。

　　张东辉扎根研究院，从事系统混合仿真的研究，将目标主要聚焦在两个重要方向，一个是为新型电力系统建设提供机电电磁和全电磁仿真分析方法；另一个是为高端电气设备研发提供先进的实时测试手段，研究并实用化新一代高精度国产通用电磁暂态实时仿真器。

　　我国开始建设大规模新能源接入的交直流混联电网时，张东辉在研究院组织团队开发并实用化适应大规模直流和新能源接入的MEET机电电磁混合仿真平台。平台兼具机电暂态仿真规模大、效率高，以及电磁暂态宽频仿真、模型更为精准的优势，能够快捷方便、自动化实现上万节点大电网机电电磁混合实时仿真。成果已运用于11家单位实际生产运行和新能源接入仿真，功能和作用得到充分验证，如应用于四川电力设计院，解决高比例光伏和直流分析难题；应用于四川电网RTDS实验室，解决四川电网安稳校准工作量大难题；应用于云南、贵州电网，解决大电网高比例新能源对系统影响精准仿真难题等。

　　随着我国能源转型步伐加快，我国正在构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，新能源大规模接入后电网稳定特性复杂，出现的各类振荡和运行特性问题难以用已有机电暂态软件准确分析，需要能适应大规模电力电子接入的高效电磁暂态仿真分析软件工具。此外，我国电气化进程中研发了各类铁路、舰船、工业制造等高端电气设备，也对电磁暂态仿真分析和延伸的通用实时仿真器需求非常巨大。我国国内各大科研院所、高校由于使用惯性，基本上还是使用国外软件，国内市场仍然基本被国外产品所垄断。国内虽然有研发类似产品，但是由于产品成熟度、仿真友好度、仿真精度等方面原因，推广和易用性较差。国内各个电网公司、电源企业、高端制造企业每年要花大量外汇购买国外产品，一方面有被“卡住脖子”和保密性差的风险，另一方面，新型电力系统和高端电气设备也需要性能更高的新型电磁暂态分析工具。

　　张东辉深刻认识到国家的巨大需求，不局限于研究院的团队，他牵头组织国内各方技术团队联合开发新一代电磁暂态仿真平台，并研发高精度国产通用实时仿真器。历经数年自主开发，目前平台已经成熟，多方面表现出明显的高精度、高效率、大规模等技术优势，已成功应用于多个新型电力系统超大规模新能源接入场景分析、超大规模电力电子设备硬件在环、高端电气设备跨平台精准模拟等实际工程案例。张东辉牵头开发的电磁暂态仿真平台拥有完全自主知识产权，不依赖于任何国外平台，从界面、算法到硬件接口，每一行代码都是自主完成。平台追求极致的仿真精度，基础元件精度误差小于10-8，交流模型和电力电子模型精度与通用软件高度一致，部分模型精度更高。平台仿真速度和国外通用离线软件相比，不降低仿真精度和模型复杂度的前提下，能取得数十倍甚至数百倍的速度优势，仿真规模由此也有量级上的突破，在大规模新型电力系统和电力电子仿真上取得遥遥领先的技术优势。

　　仿真平台追求高度的实用化，常见模型库完备、严谨、可靠，硬件在环接口和协议齐全、参数先进、自由组合，具备灵活的多核、多机规模仿真、自动分网、分核功能，以及灵活、强大的自动、自定义建模和批处理能力，因此，平台一经推广，就在工程实际应用方面取得了较大的成功，如应用于铁路系统新一代铁路供电技术贯通同相供电和地铁柔直供电，应用于三峡乌兰察布重点实验室大规模新能源实时电磁暂态仿真，应用于核电跨平台仿真，应用于我国多个大规模新能源集中并网基地稳定分析，应用于我国交直流混联电网稳定分析等。张东辉牵头研发的平台解决了仿真规模大与精度难以兼顾的电磁暂态仿真难题，极大降低了我国企业使用实时仿真器成本，有效打破国外技术和市场垄断，为我国高端电气设备研发提供关键仿真技术支撑，真正做到了技术超越。

“一个人走得快，一群人走得远”

　　“把想法变为现实，将理论结合实际，光靠一个人肯定是不可能的，这需要一支协同合作的团队，从不同的角度进行深入的工作。”在基础研究和平台开发过程中，张东辉找到了很多志同道合的合作者。

　　“知行合一”——让科研成果“落地生根，开花结果”，解决国家的能源和民生关键问题，是张东辉和同行者的一贯信念。所以，他们的思想始终与国家战略同频共振，始终把国家民族的利益放在首位，国家需要什么，技术就要向哪里延伸，要让科研开发与国家需求紧密相连。

　　面向新能源占比逐渐提高的新型电力系统、高耦合先进电力电子设备仿真模拟和系统分析难题，张东辉用了6年时间从无到有一手创立起系统混合仿真研究所，从最初的单枪匹马到如今的兵强马壮，拥有博士4人、正高职称4人，团队成员大部分毕业于各大名校，张东辉带领着自己的团队，驶入了科研高速路。

　　谈到团队，张东辉不仅是位出色的科研带头人，也是一个优秀的管理者。他明白，谁拥有更多更好的人才，谁就能在竞争中取得主动，赢得未来。在这支核心成员大多都由“90后”组成的年轻团队中，他包容每个人的个性、发挥每个人的闪光点。通过团结协作，为一个更大的、一致的理想和目标而努力。正因如此，他拥有的是一个朝气蓬勃、面向未来、充满了正能量的团队，他们结合仿真技术在能源互联网战略中的发展，将自身定位为产业团队，同时综合多个技术方向协同创新。“每个人都有自己的特点和长处，把自身的强项发挥到极致，每个人都能做‘最好的自己’，就是对团队、对国家的最大贡献。”

　　张东辉时常勉励团队中的年轻人，在科研的舞台上，从没有写好的剧本，都要靠自己勇敢地去探索未知的世界，不断地突破和大胆创新。正因为艰难，正因为挑战，做科研的人才更应该迎难而上去解决问题。“不能因为技术难度大、此前没有相关经验就退缩。”在他看来，大到一个国家，一支军队，小到一个科研团队，都要有一种面对困难，敢做决断，勇于攻坚的亮剑精神。

　　当然，每一次攻坚克难的过程都不会是一帆风顺的。“电力系统运行事关重大，任何一个小错都有可能酿成大错，每个决策人身上都担负着很大的压力。”张东辉这样解释着他所从事的行业特性。而胆大心细、敢想敢干，这已经成为同事们对张东辉的共识。但他的拍板从不是蛮干，他具备整个工程的思维方式，同时有系统的管理能力，另外还对设备本身的技术非常了解。你会发现，张东辉的每一个决定其实都是在深厚的专业知识和丰富的工程经验基础上，根据现实情况的综合施策。

　　作为团队带头人，张东辉在每一次向科研高地冲锋陷阵之际，都是身先士卒，亲力亲为，冲在最前面，承受最大的压力。别人会以为他为此痛苦或者焦虑，但是谁也不会想到，每一次攻关过程中遇到的困难和挫折，张东辉都统统视为挑战的乐趣。他表示：“真正的战士，只有听到了前线的枪声才能感到兴奋。科研工作者也一样，当你攻克了难关，完成了国家交给你的任务，那一刻内心的成就感和满足感是无法用语言来形容的。”

　　习近平总书记在二十大所作的主题报告中，提出“深入推进能源革命”“加快规划建设新型能源体系”“坚定维护能源资源安全”。作为能源科技工作者，张东辉和他的同事们深感肩上的责任重大，但同时更在内心深处涌出无穷的动力。

　　“电力能源行业现在越来越需要低成本、大容量的清洁能源，对我们的技术创新提出了更多的要求。”张东辉如是说。在他们的共识里，一项好的仿真技术应该能够转变为生产力。能够转变为生产力，仿真结果的“准”一定是第一位的，而要做到“准”，就需要去实践中摸爬滚打，通过对关键技术、基础方法，以及更多的细节问题进行打磨，实现仿真结果的精准度和稳定性。

　　“一个既准又快的仿真需要全链条的可靠，对人员的要求很高。”在张东辉看来，做人和做科研是一样的，必须“靠谱”！他时常告诫团队里的年轻人要对仿真得到的结果时刻保持怀疑态度，盲目坚信自己的仿真结果是工作中的大忌，“仿真只是一种工具。仿真出的结果需要经过实验和实践的双重检验去验证和完善，只有经过实践检验后坚持滚动完善的结果，才是符合实际的仿真结果”。

　　“科研的过程就是不断积累和突破，我们面对的每一个课题都有各自的特点和难点，我们的工作就是这样一个不断摸索、不断创新的过程。”张东辉说，踏踏实实，一步一个脚印，把注意力和关注点聚焦到核心目标、核心需求和核心技能上的同时，在每一个细节上都要务实求真，遇到瓶颈的时候，专注于解决问题本身的技术，或者解决痛点问题的正确思路上，才会把聪明才智发挥出来，做到“钟情一件事，术业有专攻”。

　　蓦然回首，从当年的拉闸限电到今天的灯火辉煌，电力成为中国综合国力发展的一个缩影，这些伟大的成就，甚至被国际大电网会议组织称为“世界电力工业发展史上的重要里程碑”。

　　“如果说在5年前，我们可能同国外还是有一定的技术差距，现在基本上已经算赶上了。不仅赶上了，我还要超过他们！”尽管任重道远，路阻且长，但是对于未来，张东辉充满了信心。他的“能源强国梦”在心中一直熠熠发光，照耀着他昂首前进的步伐，也将照亮中华民族伟大复兴的强国之路。

专家简介

　　张东辉，正高级工程师，清华四川能源互联网研究院系统混合仿真研究所所长，清华大学深圳国际研究生院硕士企业导师、西南科技大学硕士企业导师，IEEE（PES）中国大电网规划分委会秘书长，四川省峨眉计划特聘专家、“天府英才计划”特优A类人才，长期从事新型电力系统稳定及仿真研究、高端电气设备仿真算法研究、交直流系统规划运行研究及软件开发。共主持参与了30余项重大电网和能源课题研究，获得省部级科技奖励4项、工程咨询奖励3项，专利授权20项，发表《工程索引》（EI）等文章十余篇，参与出版专著2部。