在新型配电网变革中谱新篇——记上海交通大学电气工程系长聘教授刘东

王 辉

人类利用能源的方式，经历了以薪柴、煤炭、油气为主，到今天正向着以可再生能源为主转变。能源转型要求重塑电网，而电网革命首当其冲是配电网的革命。在经历了一次次划时代的变革后，能源转型正向着低碳化、智能化、数字化的新型配电网方向发展。

聚焦配电网领域研究，上海交通大学电气工程系学术委员会主席、长聘教授刘东用斐然的科研成果，勇立配电网变革的潮头。从解决电力生产一线问题到解决前沿技术问题再到探索基础前瞻类问题，从实践到理论，再用理论指导实践，刘东的研究在层层推进。

刘东的个人成长与成果的取得得益于国家需求的推动，同时他所做的工作也在引领着国家配电网技术的进步与发展。展望未来，刘东深感任重道远，他说：“配电网变革是实现能源转型的主要途径，‘双碳’战略目标驱动的新型配电网将发生重大变革，今天配电网的作用比以往任何时候都更加重要。唯有踔厉奋发、创新不辍，才能拥抱配电网美好的未来。”

“象牙塔”外的蜕变

刘东扎实的科研积累，注重理论联系实际的科研作风及“通云接地”的科研风格，得益于在电厂一线及企业的工作历练。不同于很多科研工作者在“象牙塔”中求学，又留在“象牙塔”中工作的常规教师职业走向，刘东共有8年闯荡在“象牙塔”之外。

从四川大学（原成都科技大学）本科毕业，刘东入职原能源部谏壁发电厂，在电气车间做助理工程师。基层的工作并不轻松，刘东曾在水深及胸、满是油和污水的电缆沟中艰难地拖电缆；曾推着一车钢球从三楼电梯中跌落，幸运捡回一条命；曾踩着很窄的钢梯，爬到100米高的微波塔上做检修。困难、危险磨炼出刘东过硬的心理素质，而疲惫、紧张，这些身体记忆更让刘东对电力系统一线的工作有了切身感受。

对工作获得感性认识的同时，刘东对自己的研究对象也有了完整的了解。彼时谏壁发电厂施行轮岗制，半年的时间各车间轮岗一遍再回到电气车间工作，书本上学的理论知识在现实中找到了映照。“‘纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行’，只有深入了解现场是怎样的，才能知道为了什么去研究。”谈及在电厂两年的实践经历，刘东语气中洋溢着的更多是一种幸福的回忆，此后无论是继续求学还是工作，刘东都有了更明晰的方向。

带着在电力生产一线收获的感悟，1991年刘东回到校园继续深造，在四川大学获得硕士学位后，又在东南大学完成了博士学业。或许是骨子里天生有闯劲，刘东博士毕业后，还是决定走出“象牙塔”到企业闯荡一番，在上市公司烟台东方电子信息产业股份有限公司（以下简称“东方电子”）一干就是6年。

刘东

东方电子彼时是国内电力系统自动化领域的龙头企业，对市场、国家的需求保持着极为敏锐的感知力。配电自动化利用现代电子技术、通信技术、计算机、网络技术、电力设备与系统应用技术，实现配电网正常及事故情况下的监测、保护、控制，是提高供电可靠性和供电质量，扩大供电能力，实现配电网高效经济运行的重要手段，也是实现智能电网的重要基础之一。随着我国城网、农网改造的不断深入，要继续提高供用电质量水平，实现配电自动化是必由之路。

把握配电网发展的大势，东方电子开始了相关科研课题攻关。刘东不仅赶上了配电自动化发展的第一轮热潮，还幸运地成为立在潮头的一个领军人。东方电子战略决策层独具慧眼将刘东选为项目负责人，让博士刚毕业的他领头做技术开发。不到29岁的刘东扛下重任，虽压力大，但他十分珍惜这次锻炼机会。他着手创建了国内配电自动化最早的研发队伍之一，研发D F9000配电自动化及配电管理系统。他带领团队奋力攻关，研发出具有自主知识产权的系列产品，在国内几十个城市得到应用。形成的标准体系，打破了国内配电自动化产品依赖进口的局面。一些标志性成果入选国家高技术产业化示范工程，不仅助力完整系列产品的开发，还促进了国内第一个配电自动化动模实验室的创立，实现了工艺流程的改造、测试能力的提升，为国家智能配电网未来的发展提供了坚实基础。

刘东的团队也从最初只有三五人的项目组壮大为拥有几百人的研究所，后又发展成为事业部。因工作能力强，成绩突出，刘东当选东方电子公司董事、副总工程师兼事业部总经理。在国内第一轮配电自动化浪潮中，刘东羽翼渐丰，之后虽历经配电网的多次变革，他都毅然立于潮头披荆斩棘。在东方电子的工作积淀，让他拥有了勇气和自信。

刘东说，过去的历史是通向未来的桥梁，在东方电子的职业历练所搭建的桥梁则让他走向了更广阔的未来。

“通云接地”做科研

随着配电自动化技术标准的逐步完善，以及相关技术成熟度的不断提高，我国配电自动化的实用化程度也在不断提高，但如何应对分布式电源广泛接入配电网所带来的新问题与挑战成为配电自动化的发展方向。2009年，配电自动化第二轮热潮到来，当时已入职上海交通大学的刘东积极迎战，以更全面的视角参与到配电网建设热潮中。

做过电厂工人，在企业做过高管，2003年又入职上海交通大学电气工程系，角色的变化让刘东更能设身处地站在高校、企业、一线应用单位各方的立场上去考虑问题，所以当第二轮配电自动化的热潮到来时，他在打通产学研之间的壁垒上做了一些尝试。

延续之前的技术、经验积累加之在上海交通大学理论上的提升，刘东着力研发智能分布式馈线自动化技术及配电自动化系统测试工具，2010年相关技术在上海世博会现场的成功应用，标志着刘东的研发成果获得了业界认可。世博会后，这一成果转化为国内首套智能分布式馈线自动化系统在上海市电力公司正式投运，相关技术不仅成为上海市电力公司的技术规范，而且还成为国家电网、南方电网及电力行业的技术标准。为实现成果转化，刘东在此期间还创立了上海晟东电力科技有限公司，后被上市公司江苏金智科技股份有限公司（以下简称“金智科技”）收购，获得国家级“专精特新”小巨人企业称号，相关转化成果成为金智科技智能配电领域的主打产品，为企业创造了巨大经济效益。

“我所做的工作正好与国内两轮配电自动化的建设背景相关，我的人生经历很幸运地与大时代发展相契合。”刘东将取得的成绩归因于时代的馈赠。但梳理走过的路，他并没有刻意地去迎合什么，承担的项目，所获的成果，好像所有的事情都是水到渠成，刘东所做的只是沿着自己的技术思路行走，有准备的大脑不知不觉中就与时代的热点相遇，甚至引领了相关领域的发展。刘东所做的另一个重要代表性工作——主动配电网解决新能源并网后间歇式能源的多级分层消纳难题，也是如此。

2005年，刘东在德国达姆斯达特大学做了3个多月的高级访问学者，跟随斯坦瑟（Stenzel）教授做分布式电源并网研究，回国后所学有了用武之地。2012年、2014年刘东分别获得两个国家“863”课题，这是国内最早关于主动配电网的国家级项目。

虽然现在主动配电网已成为主流技术，但10年前，提起“主动配电网”还是经常会被人质疑是在玩概念。“国内当时没有相关应用场景，但欧洲新能源占比高，碰到问题要比我们早，因此早已开始关注如何改变配电网的控制方式，实现控制水平、方法的提升。而未来国内必将迎来新能源的大规模发展，主动配电网将是一个非常重要的应用方向。通过这一技术可以把配电网从传统单向供电的电网转变成可以感知电网的运行状态进行主动调节、支撑系统运行与控制的主动配电网。”刘东介绍。

面向国家能源安全和发展战略，围绕安全与可靠性提升，在国家“863”课题中，刘东的团队攻克了可再生能源高渗透率接入配电网的协同控制难题，建立了以“全局互动-区域互济-源网互助”为特征的主动配电网协同控制与优化技术体系，研制出我国首个自主知识产权的主动配电网协同控制系统及系列控制装置；突破了复杂不确定性智能配电网优化规划、安全运行和故障处理的技术瓶颈。

在国家电网和南方电网的大力支持下，刘东率领团队还建成了我国首个主动配电网示范工程，通过南瑞科技、北京四方、金智科技等多家上市企业实现技术转让与产业化，在国内20多个省市的主动配电网、新能源、风光扶贫项目中广泛应用并推广至马尔代夫、安哥拉、老挝等“一带一路”沿线国家。相关成果在国家科技部网站上发布为我国智能电网领域的重要技术进展，成果经遴选还作为电网运行领域唯一代表参展2017年中国国际工业博览会；曾获得2018年上海市技术发明奖一等奖和2019年中国电力科学技术进步奖一等奖。

刘东在两个国家“863”课题里所做的工作引领了国内主动配电网的发展。虽然研究比国外晚，但在项目中提出的理念却与国际上的核心思想一脉相承，在技术上也与国际领先水平保持同步。随着“双碳”目标的提出，刘东在10年前做的这些前瞻性研究有了更广阔的应用空间。

刘东认为，从实践到理论再用理论指导实践，只有研究形成闭环，所做工作才可称得上是有始有终。从解决实际问题，到研究前沿技术问题，再到探索前瞻性基础问题，刘东的研究越来越深入，也越来越向形成闭环靠近。

“元宇宙”是当今炙手可热的概念。2022年，江苏卫视元旦跨年晚会，歌手周深与邓丽君穿越时空合唱歌曲，就用到了元宇宙技术，在理论上这是虚实的映射即数字孪生技术。数字孪生未来在工业界会有广泛应用，飞行员模拟驾驶、卫星上天等都会用到。利用数字技术手段，创造配电网的“元宇宙”也是大势所趋。

随着“双碳”、构建新型电力系统等目标的提出，具有随机性、间歇性、波动性特征的分布式能源渗透率将快速增长，使得电力系统呈现出结构更加复杂、运行不确定性增加、交直流混联、多元负荷以及多种能源形式并存的趋势。数字孪生电网可以针对这样复杂的电网场景，通过建立虚拟空间与实体电网的映射进行生产过程的模拟，识别和分析如何更高效、更优化以及更安全地完成工作。

国家重点研发项目课题负责人和秘书

面向数字孪生配电网开展基础理论研究，2017年国家重点研发计划基础研究类项目“电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法”立项，作为项目首席科学家及负责人，刘东带领国网智能电网研究院、中国电力科学研究院等3个国网的研究院，清华大学、浙江大学等9所高校以及1个省网公司的338名研发人员进行项目攻关。群策群力，定期交流科研进展，共同解决瓶颈问题，2021年项目顺利结题。这个项目首次建立了电网信息物理交互机理与融合建模理论；提出电网信息物理混成计算方法以及信息物理融合的安全、可靠及风险评估方法；提出了跨空间连锁故障下信息物理协同恢复策略以及有源配电网自趋优控制方法；研制了电网信息物理综合仿真平台，实现了电网信息物理的离散事件驱动与连续时间响应的综合仿真，解决了电网信息系统与物理系统仿真的时间同步和数据交互问题。取得的成果为构建未来数字孪生电网提供了重要的基础理论支撑。核心成果正逐步在实际工程项目中落地应用。

展望数字孪生配电网的未来，刘东说：“从电力行业的特征来看，数字孪生在全流程都有较大应用潜力。未来数字孪生技术将在电网设备状态诊断与预测、生产业务调试、电网发展规划、电网运行分析与控制等方面有更多应用实践。数字孪生会更增强人对数字孪生体的感知控制能力，最终在真实物理空间和虚拟数字空间搭建‘信息-物理-人’交互的系统，创造新型配电网的‘元宇宙’。”

在传统配电网中解决配电自动化关键问题，在主动配电网中解决新能源并网带来的能源消纳难题，面向未来解决配电网数字孪生的信息物理融合问题，这是一直专注于配电网研究的刘东所做的最具代表性的层层递进的三大研究成果。用先进的理论与技术，刘东所做工作不仅引领了国内配电网的进步与发展，更为“一带一路”沿线国家及国际社会配电网的发展作出了积极贡献。作为国际电工委员会（IEC）及美国电气和电子工程师协会（IEEE）等多个国际技术委员会的委员，刘东曾多次参加在美国、欧洲等国家和地区的国际标准讨论会，参与起草IEC以及IEEE国际标准6项，讨论及评审10项，为国际标准的制定贡献了中国力量。

正三观以致远

一系列科研成绩的取得，是刘东所做工作顺应时代发展、响应国家政策的结果，也是他个人奋斗、站位高远的结果，更是恩师、前辈提携，同事们、合作伙伴大力支持的结果。

刘东的硕士生导师滕福生教授，将他引进了电网调度自动化领域，并帮他筑牢了信息技术和电气技术强弱电结合的知识功底；博士生导师单渊达教授，20世纪90年代就带着刘东用相量测量单元P M U做稳定控制，将刘东对电力系统的分析能力提升到一定高度；东方电子战略决策层在众多优秀人才中慧眼选中刘东，将影响公司未来的重要项目交给他，最终使他成为国内配电自动化的领军人物。而周孝信院士，则助力刘东实现了对前瞻性科研问题的探索愿望。2014年在成都召开的一个IEEE国际会议上，周院士听了刘东的大会报告，认为他讲的信息物理系统是未来智能电网的核心理论支柱之一，在周院士的大力支持下，召开了“973”专家组的专题研讨会，为促成“电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法”列入国家重点研发计划基础研究类项目指南奠定了基础。

在成长路上，得到前辈提携，是刘东的幸运。任教于上海交通大学，刘东认为培养教育好学生，自己责无旁贷。在学校首届教师教学创新大赛的获奖感言中他提到：“成才之路首要是立志与人品，如何引导学生培养专业兴趣、承担责任并具有良好的职业素养、健全人格和家国情怀，需要为师者言传身教、交心互动。”

在刘东看来，如果三观不正，一个人很难走得长远，在一次出差从美国回来的飞机上，他梳理成长过程中的一些心得体会，将所思所想做了总结，便有了智能配用电实验室的三大纪律：科研要专心，卫生要讲究，资源要节约；还有实验室的八项理念：国际接轨，业界结合，登高致远，通云接地，行胜于言，新出于松，事成于恒，业发于诚。“三大纪律，八项理念”从小处着手、大处着眼，既规范了大家的行为，又塑造了实验室师生们的胸怀与气质。

“三大纪律，八项理念”中的其他条款大家容易理解，但对“新出于松”，很多同学一开始不明白，但毕业时却对这句话有很深的体会。“创新，要有一个放松的心态，是这句话要传达的意思，我自己的很多新想法都是在非常放松的情况下想出来的，有的可能在出差途中或回家的路上，有的可能在游泳中或长跑时。”刘东说。

上海交通大学导学团队团建

刘东是一个很有松弛感的人，脸上总是挂着温和的笑容，做事不紧不慢。有人问：“您忙得过来吗？每天那么多事。”的确，给本科生上完课又要带研究生，在学校开完会，又跟电网公司谈合作，状态经常切换。

“我刚进交大，有老教师跟我讲要学会‘弹钢琴’，应对堆积如山的事务要能流畅地切换按键。压力每个人都有，不会凭空卸掉，嘴上说说就没了，而是要有一套好的工作方法与协调的工作节奏，处理好每一个遇到的问题。”刘东对工作有自己的规划，并会专注地去完成，这样不仅压力会在不知不觉中消解掉，使自己保持良好的心态，而且会将工作带入一个富有成就感的新境界。

围绕新型配电网的大方向，刘东所做工作延续性很强，国家重点研发计划基础研究类项目虽已结题，但数字孪生配电网的工作方兴未艾。幸运的是，重点研发项目结题后，他又连续获得国家自然科学基金国网和南网联合基金各一个重点项目的支持，无缝衔接实现了基础理论延伸研究和应用研究的顺利开展。

有过创业经历的刘东清楚，要做“通云接地”的科研，产学研一定要紧密结合，面向未来数字孪生配电网有许多成果要转化落地，需要有更好的平台承载这些任务。目前，上海交通大学已通过刘东的科技成果转化创业计划，上海能优网电力科技有限公司正在创建中，刘东团队的年轻人将有更好施展才华的舞台，数字孪生配电网和虚拟电厂等相关高级应用技术将会加快落地。

刘东清楚，现在是连接未来的重要通道，把握当下，认真走好配电网理论与技术研究的每一步，一步一个脚印方能坚实地走向新型配电网更加灿烂的明天。科