热烈欢迎加拿大皇家学会院士、加拿大工程院院士 姜晶 加入国际人工智能产业联盟(AIIA)。
姜晶
姜晶,加拿大皇家学会院士、加拿大工程院院士,IEEE Fellow、IET Fellow、加拿大工程学会会士(EIC Fellow)、国际自动化学会会士(ISA Fellow)。现任加拿大西安大略大学(Western University)杰出大学教授、加拿大自然科学与工程研究委员会/核工程卓越大学联盟(NSERC/UNENE)高级工业研究讲席教授。
▌研究方向
他的研究长期围绕安全关键系统的故障容错、核电站仪表与控制,以及可再生能源微电网展开,关注的是同一个工程问题:当传感器、执行器或通信链路出现异常,怎样让复杂能源系统仍然保持稳定,并为后续处置留出空间。
▌成果与荣誉
姜晶已发表350余篇优质论文,出版8部著作或专著,拥有6项专利和2项许可技术;其研究成果被引用超过2.17万次,H指数67。他长期参与国际原子能机构(IAEA)与国际电工委员会(IEC)的核电仪控技术工作,把实验室研究带入行业技术文件与工程实践。
他曾获2025年安大略专业工程师奖最高荣誉金质奖章、2015年加拿大核协会与加拿大核学会Harold A. Smith杰出贡献奖、2021年加拿大研究生院协会杰出研究生导师奖,并获2020年度安大略勋章。
故障发生后,系统还能不能保持控制
核电站的控制系统持续接收温度、压力和流量等信号,并据此调节设备、触发保护。为应对传感器、执行器或通信链路失效,工程上会配置备用设备和冗余通道。故障发生后,控制系统需要及时确定受影响的部件,判断哪些设备仍能正常工作,并据此调整控制方式,维持系统稳定。
姜晶长期研究的故障容错控制,就是为了解决这类问题。他研究了系统可用冗余与容错程度之间的关系:哪些设备能够相互替代,某个部件退出后还有多少调节余量,以及系统可以承受多大范围的故障。
姜晶团队开展核电控制、仪控与无线监测研究的实验环境
在主动容错控制中,系统先从运行信号中发现异常,判断受影响的部件,再根据仍然可用的传感器和执行器重新配置控制策略。这样一来,局部设备出现问题时,控制系统仍有机会利用剩余能力保持稳定。
不过,保持稳定并不等于恢复到故障前的状态。部件受损以后,系统的响应速度和控制精度可能随之下降。因此,姜晶还把允许的性能下降纳入控制设计,使系统在继续运行的同时,将性能损失限制在可以接受的范围内。
让无线传感器进入核电站
控制系统能否及时应对故障,很大程度上取决于它获得的设备状态是否准确。核电站内有大量设备需要持续监测,传统有线传感器虽然可靠,却要铺设电缆、穿过墙体和复杂设备区域,一些新增测点也很难接入既有线路。无线传感器能够减少布线,并把监测延伸到更难抵达的位置,但核电站的环境也给无线通信带来了新的困难。
厚重的混凝土和金属结构会遮挡信号,设备发射功率受到限制,辐射还可能影响电子元件。因此,无线节点放在哪里、中继设备如何布置、信号怎样绕过大型障碍,都会影响监测数据能否稳定传回。
姜晶团队从核电站内必须监测的位置出发,研究无线传感网络的部署方法。他们综合考虑辐射区域、建筑结构、通信距离和设备功率,选择传感器与中继节点的位置;同时分析电离辐射对无线电子设备的影响,并通过器件选择和保护措施提高设备的耐受能力。
姜晶(前排中)与核电仪控系统研讨会参与者,背景为核电站物理模拟系统
随着无线技术进入核电应用,问题也从通信本身延伸到完整的工程要求。姜晶参与制定IEC TR 62918,并主持国际原子能机构的核电无线技术项目,将可靠性、网络安全、电磁兼容、辐射耐受和设备鉴定纳入同一个技术框架。对于核电站来说,无线监测不仅要把信号传回来,还要保证这些设备能够在特殊环境中安全、稳定地长期运行。
除了无线传感,姜晶还研究核电监测中的光纤技术,以及面向小型模块化反应堆的远程监测系统。不同技术采用不同的信息采集方式,共同面对的则是核电仪控中的基本要求:持续掌握设备状态,并让运维人员及时发现异常。
为偏远社区协调多种能源
除了核电站仪表与控制,姜晶也长期研究由多种能源组成的微电网。风电和光伏的输出会随天气变化,电池受到容量和充放电速度限制,燃料电池、常规机组与用电负荷又有不同的响应特性。微电网接入大电网时,外部电力还可以帮助平衡供需;一旦转为独立运行,每一次波动都要在本地解决。
姜晶在西安大略大学建立的分布式发电实验室,围绕微电网能源管理、风电和光伏控制,以及燃料电池与电池储能协同开展研究。控制系统需要根据发电量、储能状态和负荷变化,决定电池何时充放电、哪些机组需要补充出力,从而在提高可再生能源利用率的同时,维持电压、频率和供电可靠性。
偏远社区为这类研究提供了一个具体的应用场景。当地通常难以接入大型电网,长期依赖柴油发电,燃料运输成本高,供电也容易受到天气和交通影响。小型模块化反应堆可以提供相对稳定的电力,风电和光伏减少燃料消耗,储能则负责吸收短时波动。
小型模块化反应堆与风电、光伏和储能组成的微电网
围绕这样的独立微电网,姜晶团队研究了不同能源的容量配置、运行控制和数字孪生。系统既要充分利用风能和太阳能,也要在天气变化或设备受限时及时调整,让核能、可再生能源和储能能够共同承担偏远地区的供电任务。
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