从一而终科研路 一腔热血化碧涛——记国防科技大学教授张涛

□ 杨 娇

张涛在办公室

能源互联网是什么？百度词条中是这样解释的：“能源互联网可理解为综合运用先进的电力电子技术、信息技术和智能管理技术，将大量由分布式能量采集装置、分布式能量储存装置和各种类型负载构成的新型电力网络、石油网络、天然气网络等能源节点互联起来，以实现能量双向流动的能量对等交换与共享网络。”这是国防科技大学教授张涛在2015年率先创建，至今已经经过了十几次修订，普遍被大众认可的有关能源互联网的定义。作为国内率先对能源互联网进行研究的科研者，张涛自2011年接触能源互联网以来，一直专注于能源互联网及其军事应用问题研究，并带领团队在该领域取得了丰硕的科研成果，为国家和军队的能源互联网系统建设、微电网优化设计、能源智慧管控平台等方面做出了重要的贡献。

寄志能源互联网

2003年8月14日，北美发生历史上最严重的停电事故，停电时长达30个小时，波及美国东部8个州和加拿大部分地区，受停电影响的人数约5千万，每天直接损失约300亿美元。这次严重的停电事故使电力系统可靠性问题引起全球关注。2004年，《经济学人》杂志发表了一篇文章Building the energy internet（建设能源互联网），提出能不能借鉴信息互联网自愈和即插即用的特点，将传统电网转变为智能、响应和自愈的数字网络，建设一个能源互联网，支持分布式发电和储能设备的接入，减少大停电及其影响。这是能源互联网的萌芽，但是由于当时分布式发电、电池储能、电力电子技术还不够成熟，成本也比较高，这一观点并没有得到太多关注。

随着分布式可再生能源、分布式储能以及新型电力电子等技术的发展，2008年，美国国家科学基金会资助成立了一个未来可再生能源传输和管理系统（FREEDM）中心，FREEDM中心定义未来可再生能源传输和管理系统就是能源互联网（energy internet），同时提出了能源路由器（energy router）等概念，并从2010年开始陆续发表了阐述能源互联网的论文。当时，中国还没有多少人能说清楚能源互联网到底是什么，甚至很多人对此一点概念也没有。张涛虽然对能源互联网也处于懵懵懂懂的状态，但他对此已经产生了极大的兴趣。

2011年，FREEDM中心主任Alex Q.Huang教授发表在IEEE会议集上的论文The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management (FREEDM)System: The Energy Internet（未来可再生能源传输和管理系统：能源互联网）使张涛第一次系统地了解了能源互联网。同年，当代著名的思想家和经济趋势预测学家杰米里·里夫金出版了The third industrial revolution（《第三次工业革命》）一书，这本专著浓墨重彩地阐述了互联网和能源融合的问题，并首次指出能源互联网是第三次工业革命的重要支柱。“其实，能源互联网在中国被广泛关注并得以全面发展得益于这本专著。2012年年初，时任国防科技大学校长杨学军院士就推荐大家阅读这本专著，并在学校组织力量开始研究能源互联网。当时任信息系统与管理学院（现已更名为系统工程学院）院长的查亚兵教授就引荐我牵头开展了这个新方向的研究。后来，杨学军院士还亲自发起，并联合中国科学院学部咨询评议委员会、国家自然科学基金委信息科学部、中国电力科学研究院和湖南省科技厅主办了首届中国能源互联网发展战略论坛。这是在中国召开的首个以能源互联网为主题的会议，对于推动能源互联网在中国各界的发展具有很重要的作用。”张涛说。

在能源互联网的研究上国内外不同科研团队与企业往往会从自己熟悉的专业领域进入能源互联网，张涛团队也是如此。近些年，张涛带领团队将复杂系统建模、人工智能、多目标优化和大数据处理分析等理论方法融入到能源系统行为预测、混合能源系统优化设计、能源互联网智慧能源管理、绿色计算中心任务调度和航天器/飞行器能源管控问题中，并研制配套的软硬件产品与系统。2012年年底，在山西省吕梁市军民融合协同创新项目和高性能计算国家重点实验室的支持下，张涛带领团队开始建设能源互联网系统实验室，并开始研究能源互联网中的智能能量管理与能量路由器问题。2013年，张涛团队将能源互联网中的绿色、分布、互联等理念引入到超算中心供电系统建设中，围绕绿色能源接入的超算中心资源配置与任务调度问题开展研究，并开展了能源互联网示范系统建设。2014年，张涛团队联合企业成功研制了国内首套400V直流能量路由器，并在能源互联网示范系统中得到应用，应用示范项目后续建设内容入选了2017年国家首批能源互联网示范项目。

带领团队部分师生参加第二届IEEE能源互联网与能源系统集成会议

截至目前，张涛已经主持了国家自然科学基金管理科学学部首个能源互联网项目“基于预测的能源互联网系统能量管理建模与优化技术”、国家首批能源互联网示范项目“绿色计算中心智慧能源示范”等多项国家项目，发表学术论文100多篇，SCI检索30多篇，授权国家发明专利9项。2014年发表的论文《能源互联网关键技术分析》被《中国科学》评为2016年度热点优秀论文和2017年度F5000高影响论文。

助力军事能源保障

2011年6月，美国国防部发布了首个关于作战能源建设的文件《作战能源战略》，首次提出“能源就是战斗力”，要把军事能源安全问题作为优先考虑事项纳入战略规划、法规政策、作战和保障方案之中，积极运用先进理念和科技手段，深化推进能源保障模式变革。

随着信息化战争作战规模和激烈程度的增大，多种新型作战样式不断催生，能源需求急剧增长，传统主要依赖化石燃料的军事能源保障模式将面临重大挑战。军队目前还延续着传统的能源保障模式，能源使用效率较低，能源供应样式单一，野战条件下能源自给能力差，难以满足新型作战样式对能源保障的新要求。因此，如何适应新军事变革，加速推进军事能源向多样化、集约化、电动化、分布化和互联化等方向转型是摆在军队建设面前的一个重大挑战。

能源互联网是开源创造和分布架构等互联网创新技术和思想与能源深度融合而涌现出的解决能源问题的新思路、新方法和新手段。能源互联网的本质是通过新能源技术与信息技术的深度融合，实现各种可再生能源的“就地收集、就地存储、就地使用、互联共享”，有效解决可再生能源存在的地理分散，生产的不连续性、随机性和波动性等特点所带来的难以有效利用的问题，有效解决分布式可再生能源与传统能源共存共用、协同互补的问题，提高能源的综合利用效益。能源互联网的技术与理念很大程度上契合了军事能源转型的要求和特征。有关具体应用方向，张涛举例说：“一是将新能源运用问题充分纳入到新型武器装备体系发展与建设中，重点发展能耗低、能源自保障能力强、支持各类新型燃料、能量热辐射低、平台电气化等的新型武器装备；二是重点针对海岛、边防哨所、无人值守站以及所在地可再生能源资源丰富的营区等，开展‘绿色战备’‘绿色军营’等军事设施‘绿色化’‘微网化’改造，推动我军战备建设能源保障供应多样化、生态化；三是研发各类可以就地收集、就地存储各种能源并实现互联的军事移动微电网装置，增强作战部队野战能源自保障能力；四是充分利用人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术和信息通信平台，通过不断的技术创新和制度变革，使能源在军事领域内开发利用的全过程和各环节与信息高度融合，全面提升军事能源保障的精确化、科学化、智能化和敏捷化水平。”

立足这些问题，张涛在国内创新性地提出了“军事能源互联网”的概念，并在“XX能源互联网系统规划论证”“XX能源互联网关键技术需求分析”等军队项目的支持下，正在围绕军事能源互联网和军用微电网中的规划设计、运行控制和健康管理等问题开展深入的探索研究。目前，张涛团队的在研项目正在顺利推进中，他表示，未来他希望带领团队，继续发挥本学科领域优势和军事领域优势，钻研复杂系统规划设计与运行控制问题，力争在国家和军队的能源保障方面做出更多贡献，取得更多高水平科研成果，培养更多优秀的毕业生。

群策群力谋发展

能源互联网是一个社会—信息—物理深度耦合的复杂系统，它不是一个单点技术就能够解决的，涉及材料、半导体、电力电子、控制、计算机、人工智能和管理等多个学科，其中科学的管理、智能的管理是系统高效运行的倍增器。每个专业都重要，不同学科的人思考的问题、重点和方式也不尽相同，但只有相互融合、相互促进，才能够成为促进这种复杂系统发展的最佳动力。

张涛带领的能源互联网及其军事应用创新团队成立之初，成员大多来自控制科学与工程、管理科学与工程和计算机等学科领域方向，与能源互联网所涉及的电气工程、电力电子以及新能源领域的学科要求有较大差距。饶是如此，张涛依旧带领团队投入到紧张的研究工作中去。“我们学院的管理科学与工程学科就是从系统工程专业发展而来的，我们搞系统工程研究的人最喜欢去研究新事物，因为成熟的系统已经形成了规范的规则，研究的价值自然也不大了。钱学森指出，‘系统工程就是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法’。我目前所在的系统工程学院正是钱学森同志提议并亲自参与创建的原国防科技大学系统工程与数学系（1979年成立）。这也许正是2012年杨学军院士让我们学院牵头能源互联网研究的原因。但搞系统工程研究的人不能高高在上，还需要沉得下去，需要落到一个具体的复杂系统上去。”张涛说。

在张涛的带领下，经过多年发展，团队现有全职教授3名，兼职教授1名，副教授/副研究员3名，讲师1名，工程师5名，在读博士/硕士研究生20多名，其中军委科技委领域专家委员2名，全军优秀教师1名，军队育才奖金/银奖各1名，吴文俊人工智能优秀青年奖1名，入选中国科协青年人才托举工程1名，英国运筹学会优秀博士论文获得者1名。团队目前是中国能源互联网联盟副理事长单位、中国电机工程学会能源互联网专委会第一届委员单位、中国自动化学会能源互联网专委会常务理事单位、新型军事能源领域规划主要技术依托单位。自2012年以来，团队牵头完成的科研成果获国家吴文俊人工智能自然科学奖二等奖1项，军队/省部级科技进步奖二等奖2项，团队参与完成的研究成果获湖南省自然科学奖二等奖1项。

在给研究生讲解能量路由器工作原理

张涛跟记者透露道，团队中的老师大多和他是师兄弟关系，包括刘亚杰教授、雷洪涛副教授、王锐副研究员、黄生俊讲师等在内的老师们都是从团队成立之初同张涛一路相互扶持走过来的战友，他们和张涛一起参与、见证了这个团队的成长。团队的成立与成长并非一帆风顺，但是他们却一直支持着张涛走到现在，所以在张涛的心里他们是战友更是“家人”。

“一滴水只有放进大海里才永远不会干涸，一个人只有当他把自己和集体事业融合在一起的时候才能最有力量。”作为团队领头人的张涛深深明白这个道理，所以他对团队的每一个成员都充满感激之情，正是大家的共同努力、不懈坚持才促使团队不断成长、不断强大。他盼望着未来团队能够实现国家级奖励、国家杰出青年/优秀青年科学基金获得者、长江学者等高层次人才的突破，成为能源互联网及其军事应用领域最具影响力的科研团队。

于教于家静默如初

从1994年至今，张涛已经在国防科技大学待了快25年了。说起他与国防科技大学的结缘颇有一些“命中注定”的味道。高考结束后，张涛最开始填报志愿时并没有考虑要上军校，那时他属意的大学是离家比较近的东南大学，然而因为家里经济条件的限制，他的父母希望他读军校节省费用。年少的张涛就想：要报就报最好的军校，于是在提前录取志愿中他临时加了“国防科技大学”，没想到就这样与国防科技大学深深结缘。

跟查亚兵教授在一起

张涛于1998年、2001年和2004年获得国防科技大学检测技术与仪器仪表专业工学学士、机械制造及其自动化专业工学硕士和管理科学与工程专业工学博士学位，之后顺其自然留校，一直在国防科技大学进行科研教学工作。2007年12月，张涛晋升副教授，2013年12月，晋升教授。谈到教书育人，张涛称他十分感谢他硕士期间的导师杨昂岳教授，博士期间的导师谭跃进教授、郭波教授和武小悦教授，以及引他进入能源互联网领域的查亚兵教授，正是在他们的指导和帮助下，他才一点点成长为一名教书育人的教授学者。正如他们一样，张涛比较注重为人师表以身作则，注重学生团队意识的培养，注重发挥研究生之间的“传帮带”作用。他很关心学生的个人发展，善于调动团队每个人的积极性，积极鼓励研究生参加各类创新竞赛，参加高水平国际学术会议，发表高水平原创性学术论文。

仅2018年，在张涛指导的研究生当中，在读博士生明梦君撰写的2篇学术论文分别被国内一级期刊《中国电机工程学报》和国际智能计算顶级会议CEC2019会议录用；李凯文（三年级硕士生，已经保送攻读博士）、李国政（三年级硕士生）等获得全国高校互联网应用创新大赛一等奖；曹孟达（二年级硕士生）获全国“三遥”年会优秀论文一等奖；李文桦（一年级硕士生）受邀担任IEEE EI能源互联网国际学术会议Session Chair（分会场主席）。而张涛本人于2012年曾获得军队育才奖银奖。

当一个“好老师”的同时，张涛也致力于当一个“好儿子”“好丈夫”“好爸爸”，工作再忙他都会尽量抽出时间陪伴家人。谈到家人，张涛的脸上会不由自主地浮现笑容，那是身处幸福家庭才会有的笑容。张涛的父母和他住在一起，他的爱人原来在深圳工作，为了照顾家庭、支持他的工作，于2008年调回长沙。对于这一点，张涛对妻子充满感激之情。尽管张涛从事的是严肃的科研事业，但他的骨子里却也有着属于中国人的“传统”。他有一双可爱的儿女，对于中国传统文化中“儿女双全”的好寓意，他心里自然也怀有三分喜乐。

除了教学科研，工作之余，张涛最大的兴趣就是背上照相机拍摄自然风光，这一兴趣的培养与他的家乡安徽黄山脱不开关系，生长于“人间仙境”的张涛对自然之美始终持有一份敬畏和迷恋。如今，新能源迎来春天，环境保护越来越被重视，能源互联网也正从“概念”走向“落地”。在张涛看来，中国正处于“此处恰是好风光”的发展态势中，他与他的团队将在这“好风光”中，心怀美好，温暖前行。