科技引領我國工業電器行業智能化技術發展
http://www.zouyunfu.com2009年1月9日，一條激動人心的消息，從北京人民大會堂傳來：“智能化電器的理論、關鍵技術與應用研究”榮膺2008年國家科技進步二等獎。
從20世紀90年代開始的一次科學之旅，經歷了淬火涅槃之后，終于厚積薄發，凝練出了碩果。
攻城略地，交叉領域集成創新
開關電器是工業電器的主要組成部分，也是電力系統中重要的保護設備。隨著經濟的發展和社會的進步，人們對開關電器運行的經濟性、安全性和自動化程度提出了更高要求。然而，由于傳統電器無法感知其運行過程中的故障類型，也不具備思維、判斷和基于故障特征的智能操作等功能，因此難以適應現代電器工業發展的需求。
“智能化電器屬于電器和電子信息交叉領域。它融合了現代電器理論與電子信息技術，是開關電器適應現代電器工業發展的必然趨勢，在電力、石油、煤礦等工業領域需求廣泛。因此，智能化電器的研究和應用是提高供用電系統運行技術水平的關鍵，涉及的學科多、系統復雜、技術難度大，僅美、德等少數發達國家的跨國公司掌握部分核心技術。”西安交通大學電力設備電氣緣國家重點實驗室主任王建華說。
為打破這一壟斷，在我國電器研究領域擁有雄厚技術實力和悠久歷史的西安交通大學，聯合行業知名研究所和生產企業，形成產學研聯合體，吐故納新，集成聚合，從1996年起，在國家自然科學基金、國家科技攻關計劃等項目資助下，率先提出“智能化電器”的概念，并確定了智能化電器所涉及的基本理論、關鍵技術和應用范圍。項目組很快確定了研發“路線圖”：不僅要突破國外核心技術封鎖，還要研發智能化電器領域前沿的智能操作技術。
他們首先從智能化電器理論研究入手，在國際上率先提出了基于運行狀態和開關電弧特征的智能操作概念，制定了與智能化電器所服役環境和自身性能相適應的智能操作模式；建立了智能化電器的多體動力學模型，發現了在線運行條件下電器的劣化規律。
在理論研究的基礎上，項目組攻城略地，提出并攻克了實現智能化電器操作和可靠運行的一系列關鍵技術。他們先后發明了具有根據環境和工況自適應控制的高低壓智能化電器的智能操作技術，智能化電器實現過程中的現場信號提取、分析及狀態檢測技術。為了實現對這些技術的系統集成，項目組還發明了智能化電器專用集成電路的可重構硬件設計平臺，以及可以滿足不同功能需求的智能化電器專用芯片，不但實現了智能化電器的在線狀態檢測，而且還滿足了不同保護對象、不同智能操作、不同保護條件下的應用要求。
辛勤耕耘終于換來了收獲的喜悅。項目歷時12年，不但建立了產學研聯合體，研究并實現了智能化電器的感知、思維判斷功能以及智能操作功能，而且開發了系列產品并得以推廣應用，為引領和推動國內智能化電器產品的研發與應用，起到了不可替代的作用。
10余年間，項目組先后發表相關論文119篇，SCI、EI收錄78篇，出版專著2本，申請發明專利13項，已授權9項，獲軟件著作權5項，獲得陜西省科技進步一等獎。
而對于這一項目的后鑒定，專家們得出的權威結論，同樣令人歡欣鼓舞：項目整體技術處于國際先進，部分達到國際。
“市場是檢驗技術和產品優劣的試金石。我們利用這些研究成果，與電器行業的知名研究所、企業展開了廣泛合作，先后開發了16個系列50余種型號的智能電器產品。通過國家權威機構的檢測，這些產品的性能均達到國外同類產品的先進水平，其中列入國家重點新產品兩項，國家級火炬計劃兩項。”王建華說。
據研究團隊核心成員、長江學者榮命哲介紹：“一是自主調控與適應。如環保節能，采用智能操作理論開發的智能接觸器，可以自動適應電網狀態，大幅度減小閉合噪音，降低能耗達93%%，符合國家倡導的節能減排政策。二是智能感知與診斷。如開發的系列具有狀態監測能力的智能化電器，可以極大提高電力設備的可靠性，保證電網安全穩定地運行。三是強大的信息交互能力。本項目開發的智能化電器系列產品都具備信息交互能力，可以方便地組成控制網絡，這就為構建電力自動化系統、用電管理自動化系統打下很好的基礎。”
如今，智能化電器系列產品實現了具有完全自主知識產權的大批量生產，打破了國外產品的長期壟斷，在20余個省市得以推廣應用，并拓展應用到國防領域。據測算，該系列產品近3年累計新增產值23.71億元，新增利稅4.54億元。今后，成果還可應用于石油、煤礦和化工等行業，潛在效益巨大。
為擴大和增強我國智能化電器產品的影響力和競爭力，依托電力設備電氣緣國家重點實驗室，該研究團隊還發起成立了中國電工技術學會電器智能化系統及應用專委會，王建華教授擔任主任委員，研究團隊核心成員耿英三教授擔任秘書長；研究團隊還先后舉辦國際和國內學術會議12次，引領和推動我國該領域的技術發展。
銳意創新，咬定青山不放松
電氣工程一直是西安交通大學的傳統優勢學科，但在歷史的發展中，也經歷了起伏。為尋找傳統優勢學科的提升途徑，上世紀90年代初期，王建華開始將目光瞄準了國內尚為空白的“智能化電器”領域。
“學科發展到一定程度后，就必須開拓新的研究方向，否則必然要衰弱，不能始終保持地位。也正因如此，我們才在國內率先提出了智能化電器研究這個方向。”耿英三對記者說，“這個方向開展以后，學科開始邁上了一個新臺階。”
從一開始專家同行們的懷疑到備受業界人士的關注，從艱苦寂寞的探索起步到如今的業內領軍，一切的努力都來源于“創新”二字。
多年來，在繁重的行政工作之余，王建華總是千方百計地擠出時間親歷親為，為智能化電器行業的創新和發展殫精竭慮，出謀劃策。
“學科發展的大局觀就是‘瞻前顧后，左顧右盼’。就是看一些技術或產品，通過什么樣的方法能夠使它們結合、創新、提高。‘瞻前’就是有什么方法我們還沒有用過，‘顧后’就是看看曾經有什么是可以用的。‘左顧右盼’就是看看其他學科有沒有新的成就是可以用的，借鑒一下，進行學科交叉，但是自己的學科不能丟，必須花時間去想。”王建華說。
“在智能化電器研究方面，我們就要求研究人員把電器本身的性能做好。在研究中首先考慮基本理論，研究電器的智能控制。同時對電器的基本原理必須有新的認識。在這個系統中間，開關是一個龐然大物，在開合之間產生著巨大的能量。過去，就是用一個操作機構來拉開或者合上。而在智能控制條件下，拉開的過程究竟是怎么進行的？這個問題的理論研究就跟電弧過程、機械特性綁在了一起。通過研究，我們發現原來可以有更好的辦法實現，關鍵是過去的技術沒有辦法達到，現在就可以用信息控制的技術來達到很好的效果。這就是智能化。”王建華說。
“王建華的創新能力很強。他勇于創新，善于創新。對于看好的研究方向，特別執著。”榮命哲說,“到了現在，我們還在這個領域中不斷創新。在電弧等離子體應用領域，我們就提出在國防、材料處理方面進行應用。現在也凝聚了團隊，培養了人才，科研氛圍非常好。”
研究團隊骨干成員張國鋼博士還記得在2005年，大家在一起討論一個不是非常突出的項目：交流接觸器的智能控制。“當時我們覺得這個項目也就能做成一個和企業合作的很小的課題。王建華聽完后，就把我們幾個老師留下來。他說這個方向非常好，能和國家整個節能、節材這方面的發展方向結合起來。他覺得很有希望，當時就說想把這個工作繼續下去，后續想做成一個產業化項目。”后來，該項目作為全省重大產業化項目立項，現在已經取得成功。專家預測，如果能在國內推廣開來，每年可實現經濟效益十幾億元，節能節材效果相當顯著。
創新，在課題組里無處不在。無論是在學術方向探究、學科領域擴展還是在人才培養方面，這里都像一只勇往直前的航船，在求新求變的海洋中乘風破浪。
教學和科研珠聯璧合，雙輪驅動
在這里，教學和科研是相互促進的。經過長期的實踐和探索，他們走出了一條教學與科研雙輪驅動，比翼齊飛，珠聯璧合，相互促進的良性發展之路。
“我們的特色就是把科研和教學相結合，以科研促進教學。”榮命哲教授自豪地說。
“我們很重視把智能化電器方面的科研成果及時運用到教學中，也很重視在研究生培養方面開展課程改革。我們從2003年開始，就開設了智能化電器關鍵技術這門研究生課程。項目組的各位老師，雖然都在搞科研，但是作為教師，我們是很樂意、也很重視把科研工作跟本科教學、研究生教學結合起來，而且投入很大精力去做這個工作。”研究團隊核心成員宋政湘教授對記者如是說。
“智能化電器領域的研究，要求學生不僅具備電器設備方面的知識，還要有信息方面的基礎知識。所以前幾年，在這個方面綜合能力培養的課程就開得非常多。”耿英三說，“我們的學生，在智能化、自動化方面的開發能力是很強的。在智能電器專用集成電路的研究方面，核心技術都是自己開發出來的。研究生們畢業以后留下來做這方面的工作。從開始到現在，這個研究方向培養出64名研究生，其中博士生近20名，特別是一大批中青年人才快速成長，已成為重點實驗室的學術帶頭人和骨干，研究團隊成員中有國家百千萬人才工程入選者1名，“長江學者獎勵計劃”特聘教授1名，教育部“新世紀人才培養計劃”獲得者兩名。
上一條：我國2010年3月力爭提交傳感器標準提案
下一條：美國宇航局將在火星試飛首架無人探測機
