勇于创新 开拓电气智能未来——记 江南大学物联网工程学院自动化系教授许德智

本刊记者 翟万江

近日，国家自然科学基金委员会2022年度优秀青年科学基金项目评审结果正式发布，江南大学物联网工程学院自动化系许德智教授的名字赫然在列，荣获国家自然科学基金优秀青年基金项目资助，资助领域为非线性系统故障诊断与控制技术。

电气设备和系统的先进控制和故障诊断直接关系着用户的切身利益，一直受到学术界、工业界的广泛重视。自2010 年在南京航空航天大学控制理论与控制工程专业攻读博士以来，许德智在这一领域已钻研了十余年，在探索如何从海量数据中寻找内部特征关系并应用于过程和设备优化控制方面，做出了众多具有重要价值的科研成果。

海纳百川的自动化

“在我看来，自动化学科最大的魅力就是没有边界，它可以和任何一个行业去进行深度融合，海纳百川。”在自动化领域学习研究十几年的许德智介绍道。实际上，在上大学时他对于这一专业并不了解，但被名字吸引进来后，越钻研越发现自动化的魅力所在。

随着现代信息技术的发展，信息化、网络化、自动化已经变成大势所趋，各行各业都需要和自动化技术结合，朝着自动化、智能化的方向发展，依靠大量劳力的工业制造业尤其如此。“自动化的范围特别大，因为它跟各行各业的结合点太多了，每个点深入进去钻研可能都是一辈子。”机缘巧合之下，许德智接触到了非线性系统的故障诊断和容错控制技术。“随着对这个研究方向的了解，我发现它里面可研究的东西很多，比如控制系统的复杂性、时变性和非线性等特点。当时觉得在这方面做研究，可以为祖国很多领域的发展贡献力量，如机器人、电网、航空航天及一些自动化设备等。”基于此，许德智选择了系统的先进控制和诊断容错领域进行钻研。

作为行业自动化、智能化转型的关键核心，系统的先进控制和诊断容错领域也受到了学术界、工业界的广泛重视。并且，随着工业现代化进程的不断推进，对先进控制和故障诊断提出了更高的要求。然而，现代工业控制系统的复杂性、不透明性、时变性、非线性等特征，给其先进控制技术和故障诊断带来了很大挑战。面对这些问题，许德智将研究方向主要聚焦于3 大方向：数据驱动控制技术、智能电网技术、电气系统故障诊断与容错控制。

围绕这几大方向，近十年来，许德智先后主持国家自然科学基金优秀青年基金，面上项目、青年科学基金、总装教育部联合基金等支持的国家级和省部级项目多项；发表学术论文100 余篇，其中SCI 收录60 余篇，授权发明专利10 余项。研究成果获得中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖 1 项（2018 年）、中国商业联合会科学技术进步奖一等奖2 项（2016 年、2020 年）、江苏省优秀博士学位论文（2015 年）、江南大学至善青年学者（A类）2 次（2020 年、2022 年）。

在平台开发方面，许德智主持开发了大型设备的智能故障诊断云平台系统。该系统实现了江苏新鹏重型有限公司提升机故障的实时诊断，可降低设备维护成本25%～30%、消除生产宕机率70%～75%、降低设备或流程的停机率35%～45%、提高生产率20%～25%。其成果《数据驱动的电梯故障诊断与优化运行关键技术及产业化》，获2020 年中国商业联合会科技进步奖一等奖。

在运动控制与特种装备系统研发创新方面，许德智主持研发的仓储穿梭车，提出了多传感器信息融合的穿梭车定位技术和驱动电机控制技术，实现行走定位精度±5mm；在主持的 “输电线路沿地线巡检机器人”和“输电线路导线修复机器人”项目中，提出新的机械结构设计和控制方案。

在储能系统运维与控制技术研究方面，基于国网总部项目“储能在岸电系统规划配置与协调运行关键技术研究与应用”，许德智主持了储能电站PMS、储能PCS 及混合储能系统控制策略的开发工作。目前，该项目是世界上最大容量的岸电系统（1MW超级电容+4MW 锂电），可满足多种随机性电源和负荷的接入需求，已在连云港港口集团投入示范运行，对于水运行业节能减排具有显著的社会和经济效益。

推动电气智能化发展

随着研究的不断深入，尤其是2014 年开始接触储能系统后，许德智发现了电气行业在智能化方向上的广阔空间，结合电气行业在国民经济发展中的重要地位，许德智逐渐将重心转移到电气系统智能化方向上。

智能电网是国家“科技创新2030”部署的一批与国家战略长远发展和人民生活紧密相关的16 个重大项目之一，也是推动我国能源清洁转型、保障国家能源安全的重大举措。国际组织IEC在《2010-2030 应对能源挑战白皮书》中也明确将微电网技术、V2G技术列为未来能源链的关键技术。

许德智在这一领域的研究主要针对微电网系统的安全运行与控制需求，通过高效和快速接入各类电动汽车、储能设备，实现源-网-荷-储一体化有序协调控制，在有效缓解分布式能源间歇性接入电网问题的同时，增强在突发大范围紧急事件情况下的电力供应保障能力。

2018 年作为访问学者对香港城市大学进行为期一年的访问期间，许德智一方面针对智能电网领域的一些关键技术问题进行攻克，另一方面也开始规划未来几年的研究重点。与此同时，他开始思考搭建起一支围绕智能电气系统研究方向的研究团队。访问结束回到学校筹备良久后，在学校和学院的大力支持下，江南大学物联网工程学院智能电气系统研究中心正式成立。

“从2014 年接触储能这一领域进行研究开始，我就发现我们国家电气系统在智能化方向上还有很大的提升空间。”许德智介绍，“但一个人的能力是有限的，我们要善于合作，发扬协作精神，集思广益，科研之路才能走得远、行得稳。”

所谓“独行快、众行远”，智能电气系统研究中心的成立对于推动我国电气装备制造业迈向高端化、智能化具有重大意义。自成立以来，智能电气系统研究中心始终围绕“工业电气系统的智能控制技术与应用”开展研究，已经形成四个稳定的研究方向：先进控制理论与应用、分布式储能运行与控制、智能电网技术及特种电机驱动与特种机器人，并且已拥有一支梯队层次合理，团结奋进、朝气蓬勃且极富创新能力的科研团队。当前，团队共有教师6 人，其中教授/副教授4 人、讲师2 人，博士生导师2 人，指导在读博士生5人，硕士生40余人。校外深度合作技术人员7 名，均具有一线的工程开发经验。

在许德智和研究中心各位老师的不懈努力下，智能电气系统研究中心尽管成立时间还不长，但已在不同领域取得众多重要的阶段性成果。在学科方面，中心拥有作为211 工程、985 工程优势学科创新平台重点建设高校的江南大学作为支撑，同时拥有控制科学与工程一级博士学位授权点、博士后流动站及江苏省优势学科“控制科学与工程”；在平台方面，中心依托“物联网技术教育部工程中心”“轻工过程教育部重点实验室” “高等学校学科创新引智计划 (111 计划)”等高水平平台；在对外合作方面，中心还先后与日本东海大学、澳大利亚阿德莱德大学、英国肯特大学、中国电力科学研究院等多所顶尖科研机构建立了良好的长期合作关系……

目前，研究中心正在快速发展壮大中。尽管研究课题较新，一切都需要摸着石头过河，但许德智与中心的老师们已做好了准备，将始终聚焦电气系统研究前沿，着力解决电气系统智能化过程中存在的痛点问题。他还表示，电气智能化道路才刚刚开始，也欢迎更多人才加入研究中心这个大家庭中，一起推动电气行业向着自动化智能化的方向不断创新发展。