清華大學教授孫宏斌及其團隊以育人和科研做「兩翼」——
為電網裝上「超強大腦」(深聚焦·科技創新，高校在行動①)
孫宏斌在工作中。苑 潔攝
位於福建省莆田市平海灣的風力發電場。新華社記者張國俊攝
人物小傳
孫宏斌，1969年生於浙江台州，清華大學電機工程與應用電子技術系教授、博士生導師，國家級教學名師，教育部「長江學者」，享受國務院特殊津貼專家，美國電氣和電子工程師協會(IEEE)會士、英國工程與技術學會(IET)會士、國家傑出青年科學基金獲得者、國家「萬人計劃」科技創新領軍人才。2018年，獲得國家科學技術進步獎一等獎。
一座座輸電鐵塔聳立天地之間，仿佛一個個鋼鐵巨人，伸出巨手擎起特高壓電網，一路穿山過川，行走在幅員遼闊的中華大地。4000米的海拔落差忽高忽低，零上零下80攝氏度的溫差忽冷忽熱，受制於自然的風電、光電輸入忽強忽弱……這一切讓控制電壓成為一道世界難題。
改變電壓控制的人工操作，為我國極為龐大而複雜的電網裝上「超強大腦」，清華大學電機工程與應用電子技術系教授孫宏斌和他的團隊做到了！他們披肝瀝膽27年完成的「複雜電網自律—協同自動電壓控制關鍵技術、系統研製與工程應用」項目，讓「自動電壓控制」成為現實。1月8日，他們光榮地站上了國家科學技術進步獎一等獎的領獎臺。
攻堅，二十七年磨一劍
1月23日下午，記者在清華大學西主樓的一層辦公室裡，見到了孫宏斌教授。今年50歲的他眼睛總含著笑，儒雅而又謙和，聽到稱讚，他會不好意思地低下頭。
我國很長一段時間裡，為了維持系統電壓安全，控制中心調度員要24小時監視全網各節點電壓，一旦發現異常，就逐級撥打電話發出調節指令。可隨著時代發展，這種「笨功夫」不僅耗費大量人力，眼見電網規模日益擴大，也越來越難以執行。
「尤其是經濟發達、用電量大的地區，電從遠方輸送過來，就像瀑布注入深潭，容易形成電壓『凹陷區』。這種凹陷區如果遇到突發故障，就像推倒多米諾骨牌，容易引發連鎖的大面積停電事故。」孫宏斌舉例說，不論美加「8·14」大停電，還是希臘大停電、波蘭大停電，背後都有電壓失穩在作祟。
如何破解這個世界性難題？孫宏斌團隊提出，給電網裝上「超強大腦」——自動電壓控制系統。該系統能夠實時採集電網數據進行分析，利用有效的算法形成全局決策，自動閉環控制無功和電壓調節設備，使電網時刻處於最佳狀態。
「拿來主義」恐怕行不通。進入21世紀以來，我國全國裝機總容量從2000年的3.2億千瓦一舉躍升到2015年的15.08億千瓦，一年的新增裝機容量就幾乎與英國全國相當，需要蹚出一條前人從未走過的路。
27年前，還是博士研究生的孫宏斌，就在導師相年德教授、張伯明教授指導下，開始涉足這一領域。團隊決定，採取「自律協同」技術。如同一個「蹺蹺板」，一邊是自律，讓各個電網節點「嚴於律己」；一邊是協同，讓各個電網節點「默契配合」。「我們正是踩在自律和協同之間最難的地方，要找到那個微妙的平衡點。」孫宏斌說。
「主從分裂理論」，這一物理學和數學的完美融合，成為解決複雜電網問題的破題之筆，為自動電壓控制技術的廣泛應用打下堅實理論基礎。
採訪孫宏斌時，他一再欣喜而驕傲地提起他的團隊，是這支薪火相傳、精誠合作的隊伍，共同取得令人矚目的重大成果。
吳文傳，清華大學電機系教授、電力系統研究所所長、國家傑出青年科學基金獲得者。他謙虛地這樣解釋自己的工作：「科研本身就是很艱苦的過程，跟農民種地類似，也是播種、耕耘、收穫。」
郭慶來，清華大學電機系副教授、教育部「青年長江學者」、國家優秀青年科學基金獲得者。僅江蘇電網一個項目，他就在機房裡待了近3年，「幾乎找不著人說話」。但他很知足，因為在其他人還使用仿真數據時，他已經拿到了一手的現場數據。
王彬，清華大學電機系高級工程師，團隊裡的「拼命三郎」。他一年出差320多天。結婚只提前一天到家，婚禮結束就趕回外地現場。如今，他深度參與了全國20多家網省公司的自動電壓控制系統研發和工程實施，足跡遍布全國六大區域電網。
葛懷暢，清華大學電機系博士後。「90後」的他牢記孫老師的叮囑，「一個博士生是否合格，就看他能否在細分領域做到世界範圍最前沿」，他決心把團隊精神傳承下去。
豪情，頂天立地做科研
可懷揣著先進技術，時年31歲的孫宏斌卻吃了「閉門羹」。當時，國內條件不具備，即使上門宣傳「推銷」，有的電網公司「聽不懂」，有的「用不了」。一句話：「不感興趣」。
失落嗎？孫宏斌認真地告訴記者：「我覺得正常，幾乎所有新技術都要耐得住寂寞。」他想了想，強調道：「這是國家發展需要，必須有人坐『冷板凳』，也必須有人去做看似當下還用不上的前瞻性研究。」
除了專業書籍，孫宏斌從小最愛讀的是金庸小說，「反覆重溫，喜之不盡」。當讀到郭靖的「俠之大者，為國為民」，這個從小成長於浙江台州的男孩痴了，心潮澎湃，悠然神往，為那份萬丈豪情，更為家國情懷。
「作為工程學科，就是瞄準國民經濟主戰場，頂天立地做科研。天天琢磨自己的論文在哪兒發表，那不行！」這是導師張伯明教授當年的教導，如今，孫宏斌語重心長地囑咐自己每個弟子。
「束之高閣」兩年，機會終於來了！2002年，江蘇電網迫切需求自動電壓控制系統，他們找過其他研究機構，可無人「揭榜」，孫宏斌接下了挑戰。
那一刻，讓孫宏斌至今想來心驚肉跳：江蘇電網調度控制中心機房裡，孫宏斌和團隊成員的神經緊繃到極點。理論和實踐畢竟存在差距，控制中心測出的電壓和實際電壓存在誤差，如果貿然調整，就會因電壓超出合理範圍引發事故。「電的速度非常快，容不得出一點差錯，全局閉環控制後果是什麼？有沒有意料之外的安全隱患？」孫宏斌和團隊成員幾天幾夜不敢合眼，輪班盯著屏幕。
當親眼看到控制指令輸入電網系統，設備按照預想達到理想效果時，整個機房沸騰了！「那一刻的成就感，這輩子都忘不掉。」郭慶來仍然心潮難平。
隨著大規模風電發展，需求越來越迫切。「孫老師，您趕緊過來吧！我們這兒警報大作，電壓像皮鞭一樣舞動，風機跟小蘿蔔頭似的一個接一個離開電網。」2011年的一個晚上，孫宏斌接起電話，某電網公司調度主任焦急的聲音傳來。而就在兩年前，這位主任還堅信自己的電網「鐵板一塊，那點風電接進來沒問題」。
這些年，孫宏斌幾乎沒有周末和假期。心臟出了問題，只肯大年二十九申請住院，只因這樣不耽誤工作。當年的他在控制系統現場一去不返，女朋友險些以為他失蹤；現在的他平均每天工作十二三個小時，手機半年即記錄了1447條工作任務，同事和學生經常收到他深夜一兩點發來的微信和郵件。
如今，孫宏斌團隊的自動電壓控制系統控制了全國81%的常規水火電機組與55%的風光機組，承擔了已投運的全部17條交直流特高壓線路近區電網電壓控制，在我國電網安全運行、節能減排和大規模可再生能源接納等方面取得巨大的經濟社會效益。
「中國電網每年損耗電量約4000億千瓦時，相當於損失4座三峽電廠全年發電量。」孫宏斌介紹，通過自動電壓控制系統，不需增加任何設備投入就能顯著降低損耗，僅江蘇，一年就可節電近1億千瓦時。
育人，「教字當頭」記心間
1月8日，在人民大會堂接過沉甸甸的「國家科學技術進步獎一等獎」證書，孫宏斌的報喜訊息最早發向的，是他從小到大的老師們。
自小成長於教師之家的孫宏斌覺得，當老師、當好老師，就是他骨子裡一輩子的價值追求。「光靠一個人不行，只有一代一代人成長起來，中華民族偉大復興的中國夢才能實現。」
28歲那年，學校急需補充師資，博士畢業的他毅然放棄出國和下海，留了下來。第一次站上講臺，他戰戰兢兢，生怕耽誤了孩子們。困難不是沒有，科研任務繁重，教學剛剛入門，到底該顧哪頭？「張伯明教授送我4個字——『教字當頭』！」孫宏斌暗下決心，要將教書育人作為第一學術責任。
「我喜歡講課，一上講臺就激動。」孫宏斌說。容納120人的階梯教室裡，孫老師總是喜歡沿著臺階走到學生們中去，一節課能走20多個來回。「雖然大汗淋漓，但效果蠻好！」他得意地笑道。
孩子們不知道，這堂孫老師講授了22年的課，每講2小時，他還要備課6小時。「只有肚子裡的遠多於講出來的，講課才能生動！」孫宏斌堅信，激發孩子們的動力，比什麼都重要。經過他大刀闊斧的改革，如今，《電力系統分析》獲得國家級教學成果一等獎、被評為「國家精品課」，孫宏斌也被評為「國家級教學名師」。
這些年，孫宏斌常常做兩個夢：當學生時，常夢到鈴聲響了，考卷沒做完；當老師後，常夢到自行車鏈子掉了，講課遲到。「我骨子裡就是教書育人，上課是『天字一號任務』，魂牽夢縈！」他這樣解釋。
為了講課這個「天字一號任務」，孫宏斌不管在哪裡出差，只要第二天有課，都想方設法趕回，不知多少次在深夜和凌晨趕路。2003年，母親病危，彌留之際給他打電話，得知兒子有課，當了一輩子教師的老母親反而安慰他先好好講課。當孫宏斌課後火速趕回老家，母親流著眼淚，已經說不了話了……
即使是給本科生上的百人大課，孫宏斌也要抽時間去學生宿舍談心，一堅持就是十幾年。「在我眼中，即使成績排名最後的學生也同樣優秀。」他笑著說起一位博士生的故事，他沉迷網絡，怎麼「拉」回來？孫宏斌決定用激將法，把一項非常重要的科研項目交給他。結果，項目做砸了！「失敗一次沒關係，但我希望，不要因為同樣的原因再次失敗。」孫宏斌耐心引導。這回，這位學生聽進去了，順利畢業不說，工作後還獲得「突出貢獻獎」和「先進工作者」稱號。值嗎？很多人覺得投入太大。孫宏斌卻反問：「項目重要，還是人重要？要允許年輕人失敗，他的歲月還長著呢。」
如今，在孫宏斌帶領下，一批批的學生也成為了教授、副教授，有的獲得國家技術發明獎，有的獲國家傑出青年科學基金，有的被評為教育部「青年長江學者」，也站上了教書育人的講臺。「這就是傳幫帶，我們團隊的傳統。」孫宏斌一臉欣慰和自豪。
張 爍
[責編：叢芳瑤]