智者樂水 敢為人先

——記第三屆顧毓琇電機工程獎獲得者于爾鏗先生

“于爾鏗是中國能量管理系統領域杰出的技術領導者和權威。”——顧毓琇電機工程獎遴選委員會

“仁者樂山，智者樂水”，水具有世上最高貴的品質和力量。我國知名的電力系統專家于爾鏗正是窮其大半生的精力詮釋了涓涓細流匯聚成江海的道理。

于爾鏗長期從事電力系統自動化專業研究工作，對包括經濟調度，狀態估計，能量管理系統，以及電力市場在內的國內眾多技術領域發展做出了巨大貢獻。他研究成果中的大部分已在中國電力系統中有實際應用。其中，由他負責開發的CC-2000 EMS高級應用軟件系統讓中國第一次在大型電力調度自動化系統方面與國際先進水平站在了同一高度，實現了歷史性的跨越。

2012年7月24日晚，于爾鏗在美國圣迭戈舉行的第三屆顧毓琇電機工程獎頒獎典禮上發表了獲獎感言。他說：“今天能登上這一領獎臺，是我一生最高興的時刻，幸運的是沒錯過近幾十年計算技術在電力系統發展應用的歷史機遇。”然而，歷史機遇固然重要，但能夠做到敢為人先，適時而為，執著不渝，不失目標才是幸運之神眷顧他的理由。于爾鏗做到了，他正可謂如水般靈動的智者，沉靜而不失活躍，內斂而富有激情，單純而又豐厚，順應而不乏堅韌。

情系“豐滿”，夢開始的地方

在吉林省松花江上，屹立著這樣一座飽經風霜的水電站，它就是被譽為“中國水電之母”的豐滿水電站。“九一八”事變后，日本侵略者對發源于我國長白山天池的松花江水力資源垂涎三尺。1936年，便制定了5年內在松花江上建成當時亞洲最大水電站的規劃。

1937年4月，工程破土動工。雖然形式上是為日本人服務，但這座當時亞洲最大的電站畢竟即將出現在中國的土地上，為了讓中國的百姓早點享受到由它提供的汩汩電流，包括電站設計者、原東三省電力調度總司令孫繼超在內的一批中國優秀水利專家懷著滿腔熱忱投身于大壩的建設中。這其中就有于爾鏗的父親于開泉。

于爾鏗是在大壩開工一年之后誕生的，可能誰也不會想到，幼小的他會對這座水電站產生獨特的情懷，也于無形中塑造了他如水一般的品格。

在于爾鏗的童年記憶中，最深的痕跡便是父親為之傾注了無數心血的豐滿水電站。隨著父親工作的調動，1950年，12歲的于爾鏗轉學來到了豐滿水電員工子弟小學。當時的學校就建在半山腰，山上有防空洞，山下蜿蜒著一條清澈的小河。夏天，于爾鏗和伙伴們一起上山采漿果、蘑菇，下河抓魚、嬉戲，在松花湖畔釣魚、野炊，這種無憂無慮的日子一直持續到1952年他小學畢業，隨后到沈陽讀中學。

在豐滿度過的兩年，是于爾鏗人生中最重要的幸福時光。之所以說最重要，是因為在當時的時代背景下，“共產主義=蘇維埃政權+全國電氣化”的著名公式指導著無數少年樹立自己的理想。當時，正建設得熱火朝天的豐滿水電站理所當然地成為宣傳的焦點。每當新聞報道社會主義成果的時候，工業界總是將豐滿水電站列在其中。這座雄偉的紀念碑式的大壩給社會帶來了光明和動力，給十來歲的于爾鏗帶來了極大的鼓舞。身為水利工程師的兒子，他感到非常驕傲，他視自己的父親為偶像，更是在自己的心中悄悄種下了夢想的種子——長大以后成為一名水電工程師，像父親那樣為人民的光明和工業的發展造福。

在理想的牽引下，1957年，于爾鏗從沈陽二中畢業后，直接考取了他父親的母校哈爾濱工業大學電機系。

入學一年后，系里開始分專業。于爾鏗懷著激動的心情準備選擇水電專業，正式投身國家的水電事業，實現自己的夢想，不料父親卻勸于爾鏗選擇“高壓輸電專業”，這樣更符合國家建設的需要。于爾鏗采納了父親的建議，忍痛與自己的水電之夢告別。雖然沒能將自己的夢想變成一生的事業，但他在為我國的電力發展辛勤耕耘的同時，也仍然密切關注著我國的水電事業。

1961年，哈爾濱工業大學轉為軍工院校，由于于爾鏗所學的專業屬于非軍工類而被調整到1958年成立的北京電力學院（現在的華北電力大學），并由原來的專業劃歸到電力工程系發電廠電力網及電力系統專業，師從于楊以涵教授。楊教授則是我國電力系統及其自動化學科的奠基人之一，20世紀50年代，他在哈爾濱工業大學創辦了我國第一個發電專業。

在大學期間，于爾鏗很少參與文娛活動，他把大部分的時間都用在了讀書和學習上。1962年，于爾鏗邁出了大學校門，作為北京電力學院首屆畢業生中的一員，躋身于“全國電氣化”建設一線。

一線實習，入地而思噴涌

于爾鏗畢業時恰好趕上計算機在電力系統嘗試應用階段，他被分配到原水電部技術改進局電力系統室，從事這一新科技的應用研究。剛一到崗，當時的毛鈞燾主任就安排他開展一項新的課題——電力系統經濟調度，并讓他直接前往東北電網進行實習。該課題小組由東北電管局總工程師，當時的學部委員蔡昌年負責指導，分為兩個階段：一是直接到各發電廠編制發電耗煤微增率曲線；二是計算東北電網的網損修正系數。前半年，于爾鏗先后到撫順、阜新、吉林（熱電）、大連、遼寧和豐滿（水電）等東北主要電廠，了解生產過程，按試驗結果編制耗煤微增率曲線，并編制了廠內等微增率調度計劃。后半年，又來到東北技術改進局，在馬念祖工程師的指導下計算東北電網的網損修正B系數。

當時，東北電網網損模型是14個節點、7個電廠，計算一個運行方式的B系數需要3～4個小時。那時候用的是手搖計算機，可想而知，手搖計算機與現在的PC相比非常落后，通常一上午的時間才能算出一套系數，而且每一步都要校核，否則到最后一步才知道錯了，半個工作日就白費了，只好再重來。雖然當時的條件非常艱苦，但卻充分地磨練了于爾鏗的研究能力和實踐能力。

開展電網網損修正課題的過程，使于爾鏗認識到了自己在學校學習時的不足。由于受到大學階段勤工儉學和“大躍進”的影響，他的電子學課程幾乎荒廢，僅集中學過幾個小時，而矩陣、變分學、概率論、外語等基礎課水平也都難以滿足以后的研究。他意識到，要想完成好工作，必須補課。

實習的經歷讓于爾鏗有機會與各個電廠的工作人員建立了聯系，了解到基層的實際水平和真實需要，這使他在日后選題時能夠立足于電力系統的實際需求，而且凡是他想做的科研項目，都知道去哪里尋找合作對象。這段經歷讓剛走出校園的于爾鏗第一時間走進了基層，在電網這片科研沃土上，他如暗流涌動，為日后的噴薄而出積蓄著力量。于爾鏗坦言，在東北電網的這段實習與合作的經歷讓他受益終生。

從東北回來后，于爾鏗查閱了經濟調度的技術發展歷史，以確定研究路線，全面認識經濟調度課題。1965年，他接受了極具實用前景的京津唐電力系統經濟調度程序項目，該項目主要解決水火電經濟調度問題。當時的測試題目是由留蘇回國的柴玉和工程師針對調度和極端情況出的200個運行方式。從實用角度來講，如果算出的結果不收斂或算得不對，應用時就會引起大麻煩。后來，于爾鏗終于通過了這200個方式嚴格考試，但這個過程足足花了他半年時間。

到1965年10月，于爾鏗共完成了3篇研究報告：協調方程式法（發電與輸電）；火電分配梯度法；微增動態規劃法（水火電分配），解決了實際運用的不收斂問題，探索出了在迭代中自動計算雅可比矩陣的方法，加快了計算速度。但受到文革的影響，京津唐電力系統經濟調度程序項目自1966年被迫中斷了兩年，直到1968年才做了試算經驗小結。

這一項目真正得到應用則推遲到了20世紀80年代初，當時微型計算機的可靠性和方便性已達到實用條件，開發了負荷預測、機組組合（優先級法）和經濟負荷分配3個程序。京津唐經濟調度負責人吳永新將其應用到了實際的計劃中，為此，該項目榮獲了1985年國家科技進步三等獎。誰也沒想到，這個項目由開題到實用竟然花了近20年！

歷經波折，不舍晝夜奔騰向前

至高思遠，及低有容。當水在流淌的過程中遇到石頭、泥沙阻擋的時候，它便及時提升自己的高度來逾越障礙。在那段動蕩的日子里，雖然無法繼續進行研究和試驗，但于爾鏗絕不盲從，始終保持著冷靜的頭腦，潛心“充電”，一心只專注于技術的進步和自身能力的提高。由于大學期間學的是俄語，而在工作中需要閱讀很多英語材料，這使于爾鏗吃了不少苦頭。他暗下決心，一定要攻克這個難關。當時幾乎所有人都卷入了那場運動，而于爾鏗則來到異常冷清的北京圖書館，“兩耳不聞窗外事”，自學起了英語和數學。在沒有老師指導的情況下，零基礎的他硬是通過俄語自學了英語，這為他后來閱讀國外文獻資料，以及赴美學習打下了基礎。

1969年6月，于爾鏗和其他科技人員一起被下放到河南平輿干校。他雖然人在干校，心卻從未離開自己鐘愛的事業。他不怕苦和累，唯一擔心的就是再也沒有機會回去搞專業了。

1971年底，于爾鏗終于接到了從干校返回北京的通知。回到北京后，于爾鏗的第一感覺就是：“干校方三日，世上已千年”，自己已經落伍了，但他并沒有灰心。

他接到的第一個課題就是與水電部水文局、水科院、華東水利學院合作研發國內第一套水文預報程序。于爾鏗此前從未學過水利學，更沒學過水文預報，專業知識的欠缺是擺在面前的一個難題。為此，他邊做計算，邊向華東水利學院的劉光文教授請教學習。劉光文教授的專業水平給于爾鏗留下了深刻的印象。他從來不用帶教學資料，每次上課時只帶兩根粉筆，僅用短短幾堂課的時間就將洪水預報的數學模型講得一清二楚。一次，于爾鏗在編程序時需要用自然常數e到9位有效數字，剛要查閱資料，劉教授就將9位數字脫口而出。于爾鏗驚訝地問道：“您一共能記住多少位？”劉教授說：“如果你需要的話，我能背50位。”這并不是一句玩笑話，而是老師的真實水平。在他的幫助之下，于爾鏗很快就編寫出了降雨匯流（單位線法）、河道傳播（馬斯京報法）和水庫調洪程序。

由于當時還沒有做到對實用數據的采集，這套水文預報程序編好后，只得由人工值班了兩年，最后因為沒有洪水而停止。不巧的是，在停止監測的第二年（1975年）就趕上河南發洪水，卻沒能捕捉到相關數據。這一應用程序后來由水文專業的人員繼續進行研發。

在做水文預報項目的同時，于爾鏗一直關注著電力系統分析和控制的發展。原本他在經濟調度方面已接近國外的水平，卻因為文革的影響落后了一大截。編寫水文預報程序項目結束后，于爾鏗有機會可以避重就輕繼續搞水文計算，但他卻不舍得放棄自己多年來在電力事業上的努力，開始思考后面的選題。那時候，國外計算機應用已到了成熟期。經濟調度在解決水電調度、機組組合及最優潮流方面也有了新的模型和算法；特別在實時分析和控制方面提出了狀態估計。

在閱讀大量資料的過程中，他讀到了一篇關于預測20世紀后25年電力發展情況的文章。文章提出，狀態估計到時候都能派上用場，“穩定”仍然會一步一步地進行計算，而直接法等將難以實用。于是，于爾鏗在瀏覽了一系列課題后，以其敏銳的視角首選了潮流作為研究對象，而他真正的目標則是研究狀態估計。原因是潮流已定型，引入就可以見到實效，它是所有分析程序的基礎，也是狀態估計的試驗工具。

那時候，試驗量非常大，由于在干校時耽誤了很長時間，于爾鏗覺得能夠再回來，機會難得，時間寶貴，所以一邊學，一邊干，白天上班做份內工作，夜里看文獻總要到一兩點鐘。于爾鏗回憶說：“也不知道那時候哪來的那么大勁頭，就覺得自己應該能干好，也有這個信心，真的想把失去的時間找回來。”為了早日趕上國外水平，于爾鏗堅持長期夜讀和高強度的工作量，導致他連續三年春天都因胃出血入院。幸運的是，每次急診都趕上中醫科的大夫值班，均通過保守治療才保住了他的胃沒有被切除。

盡管如此，于爾鏗并沒有放松自己的工作和學習。在此期間，他憑借自己的數學造詣和僅學了一個月的日語翻譯了日文書《電力系統潮流計算》；編制了快速分解法潮流計算程序，引入稀疏矩陣技術和會話技術，將計算機潮流計算推向了實用化。

電力系統狀態潮流計算是n個方程（已知）解n個未知量，而狀態估計是用m個方程（量測）解n個狀態量，量測余度可用于糾正量測錯誤，還可以提高估計精度。從理論上講，潮流計算是狀態估計的特例，或者說狀態估計是廣義的潮流計算。這一應用軟件是在線/實時網絡分析的前提，沒有良好的狀態估計就不可能實現在線/實時網絡分析和控制。

1978年，于爾鏗設計開發出了用于電力系統狀態估計的模擬實驗系統，并從國外已有的四種狀態估計算法中，試驗選擇出最適合的模型和算法；1979年，與清華大學的相年德和王世纓老師合作，提出多個不良數據的估計辨識法，同時還提出了零殘差辨識法；1980年，在京津唐完成了局部電網實時狀態估計試驗；1985年，在湖北引進的CLASIC計算機上安裝了狀態估計軟件，并進行了試運行。7年的研發，于爾鏗從模型、算法等方面已趕上了國外先進水平，在不良數據辨識方面還有所提高，并出版了《電力系統狀態估計》一書，該書被業內譽為學習狀態估計的經典著作，是目前為止中文類電力系統狀態估計著作中的代表之作。

上世紀80年代，于爾鏗與來自中國電力科學院、哈爾濱工業大學、清華大學等高校的大批研究生全面開展了計算機在線應用軟件的研究。完成了在線潮流計算、電廠間經濟負荷分配，負荷預測、機組組合、互聯系統經濟調度、網損修正，安全故障分析、安全約束調度、最優潮流、檢修計劃等多項研究任務。全面試驗了國外的模型和算法，其中多項研究均在上世紀80年代中期湖北引進的SCADA系統上做了試驗。電力系統在線/實時應用軟件榮獲了1987年科技進步三等獎，同時還撰寫了《現代電力系統經濟調度》一書。

這一階段，于爾鏗通過對模型、算法的研究和試驗，培養了大批研究生，給他們開設了“電力系統狀態估計”和“電力系統經濟調度”兩門課程，這為他后來進一步開展能量系統的研發打下了理論和人才的基礎。

“十年磨一劍”，CC-2000的誕生之路

電網是一個國家具有戰略意義的基礎設施，其運行是否安全穩定、電能質量的好壞，直接影響著社會經濟的安定和發展。電力調試自動化系統作為保障電網經濟可靠運行的三大手段之一，無疑具有重要作用。20世紀90年代以前，中國共有27套省級以上電力調度自動化系統運行，其中引進系統為19套，主要是數據采集、監控和自動發電控制系統（SCADA/AGC）。這些系統基本上體現了當時集中式系統的設計思想，但在運行中日益暴露出其CPU負載高、增加EMS應用軟件困難、系統兼容性差等弊端。

1986年，華北、華東、華中、東北四大電網確定，向美國電力系統計算機應用公司(ESCA)購買EMS支持系統(HABITAT)和SCADA/AGC，其他如發電計劃、網絡分析等應用軟件則由國內開發。為了配合該項目，1986年9月，付書、楊秋恒、于爾鏗、劉佩娟等6人被派到ESCA參加了培訓。在美國，于爾鏗發現，在湖北電網引進項目中，國內開發的許多應用軟件如負荷預測、發電計劃、機組組合、狀態估計和最優潮流等，都是按國外應用軟件菜單分給不同的人獨立開發的，而ESCA則是“自上而下”設計的系統EMS（電力自動化系統的管理系統）。他們在分析了所有應用軟件的數據、功能模塊、信息、畫面和保存方式的基礎上，再通過“自上而下”的方式系統分配開發任務，削減了大量的重復工作量，應用風格一致，更加方便、可靠，同時降低了維護量。這相當于城市建設有了規劃，即上下水、煤氣、電等進行統一設計和施工。這是電力系統自動化技術進展和使用中的一次飛躍，而當時國內在這方面整整落后了一個時代。

1987年4月，在全面學習了美國的EMS和Habitat技術平臺后，于爾鏗結束了在ESCA的32周培訓。回國后，于爾鏗立即組織人員按照“自上而下”的設計思想和原則，分工協作開發應用軟件，在Habitat上實現了與ESCA一致的應用軟件,并且將其應用于華中、華東、華北幾大電網。

在5年的時間里，于爾鏗幾乎不參加會議、不出差，他把所有的精力都用在了提高軟件隊伍的能力水平上，培養出了一批研究生。1994年于爾鏗主辦了國內第一次EMS技術研討班，給中國電科院的研究生開設了EMS課程，在雜志上發表了國內第一批EMS論文,并在1998年出版了《能量管理系統》一書。“十年磨一劍”，在于爾鏗10年的不懈努力下，EMS高級應用軟件基本實現了自主研發，該軟件榮獲1997年國家科技進步二等獎。

在學習ESCA的EMS平臺Habitat的基礎上，上世紀90年代中期，中國電科院與東北電網合作成功開發出具有自主知識產權的EMS平臺CC-2000,其后國家電網公司組織了中國電科院、東北電網公司、南自院和清華大學等國內頂尖的隊伍，研發中國的EMS高級應用軟件。于爾鏗擔任該項目的第一執行人。CC-2000項目于1996年10月通過了國家鑒定。CC-2000系統和基于CC-2000支撐平臺的EMS高級應用軟件分別于2000年和2003年榮獲國家科技進步獎的一、二等獎。此后，以CC-2000為代表的具有自主知識產權的國產調度系統產品基本占領了國內市場，CC-2000系統成功運行在國家電力調度中心、南方電網調度中心、華北電網和東北電網調度中心、遼寧、貴州、天津等大型電力調度中心以及大量地市級電力調度中心。

認準目標，期待電力市場早日形成

在獲得兩次國家科技進步獎以后，于爾鏗并沒有停住探索與創新的腳步。上世紀90年代初期，他在北京圖書館看到《現貨電價》一書，深受啟發。書的作者是麻省理工大學的Schwepp。此前，于爾鏗最早讀到的三篇電力系統狀態估計的文章，均是出自他之手。文章規定了狀態估計的模型、功能、數學原理等等。事實證明，他對狀態估計直至今日的遠見均得以實現。而后，Schwepp一直研究電力市場的電價問題，直到1987年寫出《現貨電價》一書。然而Schwepp沒有等到該書出版就去世了。于爾鏗則被他的智慧所折服，決定研究電力市場。

那時候，在IEEE的PES上電網自動化的論文也由經濟調度上升到電力市場研究，而且國內改革已提出電力商業化運營問題。于爾鏗通過分析這些信息意識到，電力市場是技術發展的必然方向。電力市場實際上是更高級的經濟運行和更高級的自動化，這是一次理論和技術上的巨大飛躍。以前自動化都是從發、輸、調度角度出發，負荷是被動的接受方，但市場是從供、用雙方考慮，用方針對電價變化自發參加電力平衡的調控，這符合“諸葛亮不兵而勝”的原理。而且，雙方均為自己的利益而努力，客觀上使社會效益提高，這是靠原來的自動化做不到的。于爾鏗認為：“電力市場的根本是機制的改革，關鍵是公平競爭，沒有公平便沒有市場，不能進一步提高社會效益。”認識到了電力市場的重要性之后，于爾鏗立即與華北電力大學合作展開這一研究課題，并在1995年10月組織了第一個電力市場技術研討班，開始了電力市場研究。此后的十幾年中，他到處講課宣傳電力市場，并把1995年的講義整理出版成為我國第一本《電力市場》的專著（1998年）。

但由于受到體制的制約，該課題一直無法取得實質性進展。這是于爾鏗在退休之前做的最后一個課題，也是一個沒有完成的遺憾。但于爾鏗始終堅信，電力市場是中國電力改革的必由之路，而且一定會走向零售市場，這樣才能實現智能電網，才能接納21世紀新出現的新的發電/蓄電的新能源。

水善利萬物而不爭。于爾鏗對金錢和仕途無私無欲，職業生涯中，他不是院長、所長、主任，但他卻是教授、導師和科研領軍人物。他抱著真誠交流、決不保守、共同進步的態度，帶出了大批的研究生，如雨露般潤物于無聲之中。退休后在許繼電氣股份有限公司擔任監事一職時，因為沒有具體工作，而要求主動退出，不接受報酬。

于爾鏗并非數學天才，也并不以計算為樂，但由于當時電力系統自動化的需要，而主動擔負起了推動電力系統發展的重任。

“木秀于林，風必摧之；行先于人，眾必非之。”但于爾鏗并不懼怕第一個吃螃蟹的危險，開拓創新，敢為人先。他從不急功近利、更不貿然出擊，而是站在技術發展與實用的角度，不停地求索與奮進，發現自動化發展的動向和需求，即便是在榮獲一項項科技大獎后，當周圍的人還在為此慶祝時，于爾鏗卻早已奔向下一個目標。

來源: 中國電機工程學會