国立清华大学电机工程学系陈大明教授课件

陈大明教授电机工程学术之旅欢迎参加清华大学电机工程学系陈大明教授的学术报告陈教授作为电机工程领域的杰出专家，将与我们分享其多年来在电力电子技术、新能源系统、智能电网与半导体器件等领域的研究成果与学术见解本次讲座将深入探讨电力电子技术的前沿发展、创新应用以及未来趋势，同时展示陈教授团队在国家重点研究项目中的突破性进展我们诚挚邀请各位专家学者、研究生和对电机工程感兴趣的同学参与这场知识盛宴个人简介清华大学电机工程学国家重点研究领域专系资深教授家在清华大学电机工程学系任作为国家重点研发计划项目教二十余年，培养了数百名负责人，主持多项国家级科优秀电机工程人才，建立了研项目，在电力电子与新能世界一流的电力电子研究团源领域取得重大突破队享受国务院政府特殊津贴因在电机工程领域的杰出贡献，被授予国务院政府特殊津贴专家称号，多次获得国家级科技奖励教育背景清华大学本科学位年毕业于清华大学电机工程学系，获得电气工程学士学1990位在校期间多次获得学术荣誉，奠定了坚实的专业基础美国麻省理工学院电气工程博士年获得麻省理工学院电气工程博士学位，师从该领域国际1996著名学者博士论文获得了该校年度优秀论文奖年学术研究经验20博士毕业后，先后在美国贝尔实验室和斯坦福大学从事博士后研究，年回国加入清华大学至今，已有余年丰富的学200220术研究经验研究领域概览电力电子技术高效能量转换系统新能源系统清洁能源集成与管理智能电网电网数字化与智能控制半导体器件新型功率半导体研发陈教授的研究横跨多个相互关联的领域，以电力电子技术为核心，向新能源系统、智能电网和半导体器件等方向延伸这种跨学科的研究方法使其团队能够从系统级视角解决能源转型中的复杂问题学术成就100+30+国际顶级期刊论文国家发明专利发表于系列和多项专利已成功实现产业化转化IEEE TransactionsNature等高影响因子学术期刊Energy12国家级科技奖励包括国家自然科学奖和国家技术发明奖陈教授团队的学术研究不仅在理论上具有重大突破，更在实际应用中创造了显著的经济和社会价值其研究成果已被引用超过次，指数达到，在国际电力电子10,000h58学术界享有极高声誉研究方向电力电子技术高效能量转换电力电子系统优化研发效率超过的新型能量转换器多目标优化算法提升系统性能99%系统集成与小型化先进半导体技术高密度电力电子系统集成技术应用第三代半导体降低系统损耗电力电子技术是陈教授研究的核心领域，侧重于提高电能转换效率、降低能源损耗、实现系统小型化集成化这些技术创新对推动清洁能源发展和实现碳中和目标具有重要作用新能源系统研究可再生能源集成电网储能技术分布式能源系统陈教授团队开发了创新的电力电子接团队在大规模储能系统领域取得突破，陈教授提出了分布式能源互联网架构，口，可实现太阳能、风能等多种可再生开发出高效率、长寿命的电池管理系通过先进的能量管理算法和电力电子接能源的高效并网其设计的新型变换器统该系统采用先进控制算法，可延长口，实现多源能量的灵活交换和优化配能够适应可再生能源的波动特性，保持电池使用寿命达，降低储能成本置40%电网的稳定运行该架构已在多个智慧园区和微电网示范这一技术已成功应用于国家特高压直流这一成果已在多个大型电网储能示范项项目中得到验证，显著提高了可再生能输电工程，支持大规模清洁能源的长距目中应用，为间歇性可再生能源的大规源的本地消纳率和系统韧性离输送模利用提供了关键支持智能电网技术电网数字化转型能源管理系统利用数字孪生技术构建虚拟电网模开发基于云计算和边缘计算的分层型，实现电网运行状态的实时监测能源管理系统，实现从用户侧到电与预测通过人工智能算法分析海网侧的协同优化该系统可根据能量电网数据，提前识别潜在风险，源价格和碳排放因子，智能调度各提高电网可靠性类可控负荷和分布式能源电力调度智能化采用深度强化学习算法，构建自适应电力调度决策系统该系统能够处理极端天气和设备故障等不确定因素，保障电网安全稳定运行，提高可再生能源消纳比例陈教授的智能电网研究旨在构建更加安全、高效、绿色的现代电力系统，为能源转型提供技术支撑其团队开发的关键技术已在国家电网多个省份的示范项目中得到应用半导体器件创新宽禁带半导体研究开发具有高击穿电场和高热导率的新型宽禁带半导体材料，突破传统硅基器件的性能极限第三代半导体材料聚焦碳化硅和氮化镓等第三代半导体的制备、表征与器件应用技术SiC GaN高频高效器件设计创新器件结构设计，优化电场分布，实现更高工作频率和更低导通损耗异质集成与封装研究不同材料体系的异质集成技术，开发高性能功率模块和智能功率集成电路半导体器件是电力电子系统的核心，陈教授团队在新型半导体器件特别是宽禁带半导体领域取得了一系列突破性进展自主研发的碳化硅器件已实现小批量试产，其性能达到国际领先MOSFET水平科研项目成果陈教授作为项目负责人承担了多项国家级重大科研项目，包括国家重点研发计划新一代电力系统关键技术研究、国家自然科学基金重点项目高效能量转换基础理论等这些项目在基础理论、关键技术和工程应用等方面均取得了突破性进展团队研发的新型碳化硅功率器件和高效能量转换系统已在国家电网和南方电网的多个示范工程中得到应用，取得了显著的经济和社会效益产学研协同创新与国内外知名企业合作技术成果转化产业链协同创新陈教授团队与国家电网、华为、中国中车建立了完善的技术转移机制，成功将多项牵头组建电力电子产业创新联盟，集合等龙头企业建立了长期战略合作关系，共实验室成果转化为工业产品已有项核上下游企业、高校和研究机构力量，构建5同开展前沿技术研发同时与美国通用电心技术实现了产业化，创造经济效益超过开放创新生态系统联盟已吸引超过50气、德国西门子等国际一流企业保持密切亿元团队还孵化了家高科技企业，家成员单位，共同推动产业技术升级和标103技术交流，推动国际合作研发项目吸引风险投资超过亿元准制定，形成良性互动的创新网络2电力电子系统架构系统级设计方法建立多学科协同设计平台能量转换效率优化创新拓扑与控制算法可靠性与性能提升故障诊断与容错技术陈教授团队创新性地提出了电力电子系统架构的多层次设计方法，从系统需求、功能架构到物理实现全链条优化特别是在系统可靠性方面，开发了先进的故障预测与健康管理技术，使系统平均无故障时间提高了倍3这一系统架构已成功应用于特高压直流输电、大型风电场并网和工业电气传动等领域，为电力电子系统的性能提升和功能扩展提供了重要支撑高效能量转换技术多电平逆变器技软开关技术高频开关技术术提出了创新的零电压利用宽禁带半导体器/开发了新型模块化多零电流开关技术，通件的优异特性，开发电平逆变器拓扑，可过引入辅助谐振网了工作频率超过1MHz实现高电压等级、低络，实现功率器件在的高频变换器，体积谐波含量的电力电子零电压或零电流条件和重量仅为传统设备变换该技术突破了下换流，显著降低开的，同时保持了1/10传统两电平结构的限关损耗和电磁干扰，极高的效率，为便携制，效率可达以提高系统效率式和航空航天应用开99%上，适用于中高压大辟了新可能功率场合可再生能源技术电网储能技术电化学储能飞轮储能超级电容储能陈教授团队在锂离子电池管理系统方面在高速飞轮储能系统方面，团队开发了团队在碳纳米管基超级电容器材料研究取得重要突破，开发了基于机器学习的新型磁悬浮轴承系统和高效功率变换方面取得突破，开发出能量密度达到传电池状态估计算法，精确度比传统方法器，使飞轮运行速度提高到万转分统产品倍的新型超级电容5/4提高，为大规模电池储能系统的安钟，显著提升了能量密度30%针对超级电容的特性，设计了专用的双全运行提供保障该系统特别适用于需要快速响应和高功向变换器，实现超快充放电控DC/DC同时，团队正在探索钠离子和固态电池率输出的应用场景，如电网调频和微电制，为电动汽车快充和智能电网调峰提等新型电化学储能技术，以降低储能成网稳定控制供了新的技术方案本和提高安全性半导体材料创新材料类型禁带宽度eV热导率击穿电场应用优势W/m·K MV/cm传统硅Si

1.

11500.3成熟工艺，成本低碳化硅SiC

3.

24902.5高温，高压，低损耗氮化镓GaN

3.

41303.3高频，高速，小型化氧化镓Ga₂O₃

4.

8278.0超高电压，新兴材料金刚石C

5.

5200010.0极端条件，研究阶段陈教授团队长期致力于宽禁带半导体材料的研究开发，在碳化硅SiC和氮化镓GaN材料生长、表征和器件制备方面取得了重要进展团队与中国半导体行业协会合作，建立了第三代半导体器件测试标准，促进了国产器件的市场应用电力电子系统仿真计算机辅助设计开发了针对电力电子系统的专用设计软件，支持参数化建模和多学科协同设计该平台集成了热仿真、电磁兼容分析和可靠性评估等功能，大幅缩短了产品开发周期系统级仿真技术提出了基于多时间尺度和多物理场的系统级仿真方法，可在保持高精度的同时显著提高仿真速度特别是针对大规模电力系统中的电力电子设备，开发了高效的实时仿真算法性能预测与优化将机器学习技术引入电力电子系统设计，建立了基于历史数据的性能预测模型利用遗传算法和粒子群优化等方法，实现了系统参数的自动优化，大幅提高了设计效率数字孪生技术创新性地将数字孪生概念应用于电力电子系统，构建了虚实结合的测试验证平台通过实时数据采集和模型更新，实现了系统运行状态的精确监测和预测，为预测性维护提供支持智能控制算法模糊控制神经网络控制陈教授团队开发了自适应模糊控制系统，基于深度强化学习开发了智能电力电子控能够处理电力电子系统中的非线性和参数制器，通过端到端学习实现系统最优控不确定性该控制器通过模糊规则库描述制该方法不需要精确的系统模型，能够系统动态特性，结合在线参数调整机制，自主学习控制策略，适应系统参数变化和实现了对复杂工况的鲁棒控制外部扰动自适应模糊推理系统循环神经网络预测控制••在线规则库调整深度强化学习控制•••模糊-PID混合控制•模型预测与神经网络结合自适应控制策略提出了基于系统辨识的自适应控制方法，实时估计系统参数并调整控制器参数，保持最佳控制性能该技术特别适用于参数随时间变化的系统，如电池管理和光伏发电在线参数辨识•极点配置自适应控制•自校正控制算法•电力电子可靠性失效模式分析系统全寿命周期可靠性评估可靠性设计从设计阶段考虑系统韧性寿命预测技术3基于物理模型和数据驱动的混合方法预测性维护实时状态监测和故障预警可靠性是电力电子系统设计的关键挑战，陈教授团队开发了一套完整的可靠性评估与设计方法通过建立功率器件热电机械耦合模型，--团队能够准确预测器件在实际工况下的失效机制基于这些研究，提出了针对关键失效模式的设计优化策略，显著提高了系统寿命电网数字化转型数字孪生技术陈教授团队开发了电力系统数字孪生平台，实现了物理电网与虚拟模型的实时同步该平台集成了高精度电力系统模型和先进传感技术，可对复杂电网进行全景监测和分析通过数字孪生技术，可以在虚拟环境中预测电网响应，评估各种操作和故障情景，为电网安全决策提供支持智能电网感知研发了新一代电网智能传感器网络，结合边缘计算技术，实现了电网状态的实时感知这些传感器采用低功耗设计和无线通信技术，可灵活部署在电网关键节点创新的同步相量测量技术使电网状态估计精度提高了一个数量级，为电网精细化管理提供了数据基础大数据分析构建了电力大数据分析平台，应用深度学习和知识图谱等技术，从海量电网运行数据中挖掘价值信息该平台能够识别复杂的数据模式，预测设备故障，优化系统运行团队开发的负荷预测算法准确率比传统方法提高15%，为电网调度和能源市场提供了有力支持电力电子冷却技术先进散热设计热管理技术新型散热材料陈教授团队开发了创新的微通道散热器设针对电力电子系统多热源、高热流密度的团队在石墨烯和碳纳米管复合散热材料方计，通过计算流体动力学优化流道结构，特点，团队提出了层次化热管理方法，从面取得突破，开发出热导率超过铜的五使散热性能提高创新的打印工艺芯片、模块到系统各个层次协同优化开倍、重量仅为其四分之一的新型散热材40%3D使复杂结构的散热器制造成为可能，显著发了基于温度场重构的热点预测技术，结料采用特殊表面处理技术，显著改善了提升了功率密度同时，针对特殊环境开合主动散热控制，实现了温度均匀化，延材料与半导体接触界面的热阻，解决了高发了相变材料散热系统，保证设备在极端长了系统寿命多物理场协同仿真平台使功率密度器件的散热瓶颈问题这些材料温度下稳定运行热管理设计效率提高了倍已在航空航天电子设备中得到应用3功率半导体技术器件性能优化封装技术创新热管理设计陈教授团队在功率半导体器件结构设针对高温高频应用场景，团队开发了研发了集成热管理的功率模块，将散计方面取得突破性进展，开发出超结银烧结和铜键合等先进封装工艺，显热系统与电气设计协同优化通过先新结构，通过三维电场调著提高了器件的热循环能力同时，进的热界面材料和冷板结构设计，显MOSFET制技术，使导通电阻比传统产品降低创新的双面冷却封装结构使器件的热著改善了热流分布，消除了局部热创新的沟槽栅极设计进一步提阻比传统结构降低以上，为高功点针对车载环境开发的相变冷却系45%50%高了器件的电流承载能力，同时保持率密度应用提供了有力支持统，可在极端温度条件下保持器件稳卓越的开关性能定工作电力电子系统建模数学建模方法系统动态特性时域与频域分析相结合小信号与大信号建模技术2多物理场建模参数识别技术43电热机械耦合分析基于实测数据的系统辨识--陈教授团队开发了一套完整的电力电子系统建模方法，能够准确描述系统在不同时间尺度和工作模式下的动态特性特别是针对宽禁带半导体器件，提出了考虑寄生参数影响的高频行为模型，为系统设计提供了重要支持团队还开发了基于实测数据的参数识别算法，可在线更新系统模型，适应参数变化和老化效应，为预测性维护和自适应控制奠定了基础电力电子测量技术高精度测量非接触测量信号处理技术陈教授团队开发了针对电力电子系统的团队开发了基于光电和磁光效应的非接针对电力电子系统中的噪声干扰和寄生高精度测量技术，可实现宽频带、高动触测量技术，可在高电压高电流环境下振荡，团队开发了先进的信号处理算态范围、低相位误差的电压电流测量安全获取电力电子系统的运行参数特法，包括自适应滤波、小波分析和压缩特别针对宽禁带半导体器件的快速开关别是基于光纤传感的隔离测量系统，具感知等技术，显著提高了测量信噪比特性，设计了带宽超过的测量有优异的抗电磁干扰能力500MHz结合深度学习方法，实现了复杂波形中系统创新的红外热像技术结合机器视觉算关键特征的自动提取和异常识别，为系创新的校准算法可补偿测量系统的频率法，实现了电力电子系统表面温度场的统性能评估和故障诊断提供了智能化手响应和相位延迟，使测量精度提高一个高精度测量，为热点检测和老化分析提段数量级，为功率器件和系统的精确表征供了有力工具提供了可靠手段电力电子设计Converter电力变换器是电力电子系统的核心，陈教授团队在变换器拓扑创新和优化方面取得了系列重要成果特别是提出了模块化多电平变换器新拓扑，通过优化子模块结构和调制策略，大幅降低了开关损耗，同时提高了功率密度在高频变换器方面，团队开发了基于器件的级谐振变换器，效率达到以上，体积仅为传统产品的这一成果已应用于电动汽车车载充电器和GaN MHz98%1/10数据中心电源，获得了产业界的广泛认可电力电子市场展望2020年市场规模亿元2025年预测亿元2030年预测亿元电网解耦技术交直流变换多端口电力电子系统解耦策略陈教授团队开发了新型模块化多电平变流团队创新性地提出了多端口电力电子接口针对电网扰动和故障传播问题，团队开发器，用于大规模可再生能源的远距技术，可实现不同能源形式和储能装置的了基于固态变压器的电网解耦技术该技MMC离输送该技术采用创新的子模块拓扑和灵活互联该技术通过统一的能量管理平术通过高频隔离和快速控制，有效阻断扰控制策略，实现了低谐波、高可靠性的电台，协调各类分布式能源的功率流动，优动传播，增强电网韧性同时，创新的电能传输团队参与的±特高压直流化系统运行效率在智慧能源示范园区的力电子断路器能在毫秒级时间内切断故障800kV输电工程，创造了电力电子装备国产化的应用表明，该技术可提高可再生能源的本电流，保护下游设备安全这些技术为构重要突破，输送容量达到，输电效率地消纳率达，显著降低对主电网的依建更安全可靠的现代电力系统提供了关键8GW40%超过赖支撑95%电力电子技术EMC电磁兼容性陈教授团队开发了电力电子系统电磁兼容性分析与优化方法，建立了包含寄生参数影响的高频电磁模型通过有限元分析和实验验证相结合的方法，准确预测了系统在宽频范围内的电磁干扰特性干扰抑制针对宽禁带半导体器件高开关频率和快速转换速率带来的电磁干扰问题，团队设计了多级混合滤波器结构，有效抑制了传导和辐射干扰创新的平衡-不平衡滤波技术大幅降低了共模噪声，提高了系统的电磁兼容性能防护设计团队开发了集成化的电磁屏蔽设计方法，将屏蔽结构与散热系统协同优化通过特殊的材料组合和结构设计，在保证有效散热的同时实现了优异的屏蔽效果针对高密度电力电子系统，提出了层次化屏蔽策略，从芯片、模块到系统各个层次实施有针对性的防护措施电路版图优化结合电磁仿真技术，团队提出了电力电子系统版图优化方法，通过合理的器件布局和走线设计，最小化寄生参数影响和电磁耦合特别是在高频驱动电路和功率回路设计方面，创新的多层结构显著降低了电路寄生电感，提高了系统开关性能和电磁兼容性电力电子标准化国家标准制定国际标准对接陈教授作为技术委员会主任委员，主持制团队积极参与IEC、IEEE等国际标准化组定了《高效电力电子变换设备技术规范》织的工作，推动中国电力电子标准与国际等多项国家标准这些标准规范了电力电接轨陈教授担任IEC/TC22电力电子子产品的性能指标、测试方法和安全要工作组专家，参与多项国际标准的制修求，为产业高质量发展提供了重要支撑订，提升了中国在国际标准化领域的话语权•效率分级与测试方法•可靠性评估规范•标准互认机制建立•电磁兼容性要求•技术壁垒消除•国际标准本土化技术规范针对新兴应用领域，团队制定了一系列行业技术规范，填补了标准空白特别是在新能源并网、电动汽车充电和微电网等领域的技术规范，为产业发展提供了及时的技术指导•应用指南编制•测试规范统一•互操作性保障电力电子教育人才培养体系课程体系建设国际合作陈教授在清华大学建立了完整的电力电主持开发了电力电子技术国家精品课与麻省理工学院、苏黎世联邦理工学院子人才培养体系，涵盖本科、硕士、博程和慕课，年均受益学生超过万人等国际一流大学建立了长期稳定的教育5士和博士后各个层次该体系注重理论创新性地引入项目式学习方法，通过真合作关系，开展学生交流、联合培养和与实践结合，基础与前沿并重，培养了实工程案例培养学生解决复杂问题的能科研合作大批具有创新能力和国际视野的高层次力创办国际电力电子技术暑期学校，每人才编写的《现代电力电子系统》教材已成年吸引来自全球的百余名优秀学生参特别创新的研究工程创业三轨制培为国内外多所高校的指定教材，被翻译加，已成为该领域知名的国际教育品--养模式，根据学生特点和志向提供差异成英语、日语等多种语言出版牌化培养路径，使人才培养更加适应产业需求科研团队建设跨学科研究团队青年人才培养国际学术交流陈教授领导的电力电子研究团队汇集了电团队建立了完善的青年人才培养机制，通团队与全球数十所知名大学和研究机构保气工程、材料科学、计算机科学和自动化过导师制和项目制相结合的方式，培持密切合作，定期组织国际学术研讨会和控制等多学科人才团队现有教授名、副养青年科研人员的独立研究能力鼓励青工作坊建立了联合实验室和学术访问机8教授名、博士后研究员名和研究生超年学者主持子课题，承担实质性研究任制，促进研究人员的国际流动和思想交1215过名成员来自全球十余个国家，形务设立青年创新基金，支持有创意的流每年选派优秀研究生和青年教师赴国100成了多元文化背景的创新环境这种跨学探索性研究团队培养的青年人才中已有际一流机构访学主办电力电子国际5IEEE科融合使团队能够从系统层面解决复杂问人入选国家青年千人计划，人获得国家会议，吸引全球顶尖专家参与，提升了团8题优秀青年科学基金队的国际影响力电力电子创新方法系统级思维超越单一器件和电路的局限，从整体视角推动创新跨学科融合结合材料科学、信息技术和能源科学等领域的前沿进展颠覆性创新突破传统思维模式，探索全新技术路径和解决方案陈教授团队的创新方法强调系统级思维和跨学科融合，通过打破传统学科边界，寻找创新突破点团队建立了问题导向、应用驱动的研究模式，从实际应用挑战中提炼科学问题，再通过基础研究寻求解决方案团队还采用平行研究策略，同时探索多种技术路径，避免陷入单一方向的技术瓶颈这种方法在宽禁带半导体应用和新型变换器拓扑研究中取得了显著成效，产生了多项颠覆性技术创新电力电子前沿技术量子电子学陈教授团队正在探索量子效应在电力电子中的应用，研究量子隧穿和量子约束效应对电荷传输的影响团队与物理学家合作，开发了基于量子井结构的新型功率开关器件，有望实现超低开关损耗初步实验结果表明，这种器件在特定条件下可将开关损耗降低90%以上这一前沿研究方向可能彻底改变传统电力电子器件的工作机制，开创全新技术路径自旋电子学团队将自旋电子学概念引入电力电子领域，研究电子自旋态在能量转换中的应用开发了磁自旋材料和器件，探索利用自旋转移矩效应实现低损耗开关的可能性这一方向借鉴了量子计算和磁存储技术的最新进展自旋电子学为电力电子器件提供了全新的物理机制，可能突破传统半导体器件的性能极限新型器件概念团队提出了多种创新器件概念，包括负电容场效应晶体管、阈值场效应开关和二维材料异质结构器件等这些器件利用新物理效应，实现了传统器件无法达到的性能特性特别是在超低功耗和超高频率应用方面，展现出巨大潜力新型器件概念结合先进材料科学和纳米技术，为电力电子学科注入新活力电力电子环境适应性极端环境适应可靠性增强陈教授团队开发了适应极端环境的电力电针对恶劣环境下的可靠性挑战，团队提出子系统，能够在-55°C至+250°C的温度范了多级保护和全寿命周期可靠性设计方围内稳定工作采用宽禁带半导体器件和法基于物理失效模型和加速老化试验，特种封装材料，解决了高温环境下的可靠建立了器件和系统的寿命预测模型创新性问题同时，针对高辐射环境，设计了的在线健康监测技术可实时评估系统状抗辐射加固的电路结构和冗余容错系统态，预警潜在风险•高温电力电子模块•多级保护架构•低温启动技术•故障预测算法•抗辐射设计方法•自修复技术鲁棒性设计团队开发了鲁棒控制算法和适应性系统架构，能够应对参数变化和外部干扰自适应控制策略可根据环境条件和系统状态，动态调整控制参数，保持最佳性能模块化和冗余设计使系统在部分组件失效的情况下仍能降级运行•参数自适应控制•冗余容错系统•智能降级策略电力电子信息安全网络安全系统防护加密技术入侵检测针对智能电力电子系统的网络安全构建多层次系统安全架构，阻断攻开发适合资源受限设备的轻量级加实时监测异常行为，快速响应安全威胁，开发全面防护策略击途径密算法事件随着电力电子系统的网络化和智能化，信息安全成为不容忽视的挑战陈教授团队与网络安全专家合作，开发了专门针对电力电子系统的安全防护方案特别是针对智能电网和工业控制系统，提出了深度防御策略，构建了从硬件安全、通信加密到应用层认证的全方位防护体系团队还开发了基于行为特征的异常检测算法，能够有效识别针对电力电子系统的攻击尝试，为关键基础设施提供可靠保护这些技术已在多个智能电网示范项目中得到应用电力电子标准化国家标准制定陈教授作为全国电力电子标准化技术委员会主任委员，主持制定了多项关键国家标准，涵盖高效电力变换设备、半导体功率器件测试方法、电力电子系统电磁兼容性等核心领域这些标准为产业高质量发展提供了技术支撑和规范指导行业技术规范针对新型电力电子应用，如新能源并网、电动汽车充电、直流微电网等领域，团队牵头制定了系列行业技术规范这些规范填补了新兴领域的标准空白，促进了产业快速健康发展，避免了技术路线分散和重复建设国际标准对接陈教授作为中国代表参与、等国际标准化组织工作，推动中国标准IEC IEEE与国际接轨特别是在宽禁带半导体和高效电力变换设备领域，成功将中国技术方案纳入国际标准，提升了中国在国际标准制定中的话语权电力电子绿色设计低碳技术节能减排开发超高效能量转换系统优化系统全生命周期能耗生态设计循环经济降低环境足迹的创新方案材料循环利用与可回收设计陈教授团队将绿色发展理念融入电力电子系统设计的全过程，开发了系统全生命周期碳排放评估工具，量化不同设计方案的环境影响通过材料选择、工艺优化和拓扑创新，团队开发的新一代电力变换设备减少了的原材料使用量，同时提高了能效和可靠性40%团队还与材料科学家合作，研究环保型封装材料和无铅焊接工艺，减少有害物质使用创新的模块化设计使产品更易于维修和回收，延长使用寿命，减少电子废弃物这些绿色设计技术已在多个产业化项目中得到应用电力电子系统优化多目标优化系统性能提升陈教授团队开发了电力电子系统针对电力电子系统的关键性能指多目标优化方法，同时考虑效标，团队开发了系统级优化方率、功率密度、可靠性和成本等法特别是在拓扑选择、参数设多维目标采用先进的优化算计和控制策略方面，提出了一套法，包括改进的遗传算法、粒子完整的性能提升方法论革新性群优化和人工神经网络等，构建的多物理场协同优化技术将了高效优化求解框架该方法已电、热、机械等多个领域的设计成功应用于电动汽车驱动系统设约束纳入统一框架，避免了单一计，实现了能耗降低、体积减学科优化的局限性，使系统整体15%小的显著成效性能达到最优30%资源利用效率团队致力于提高电力电子系统中各类资源的利用效率，包括材料、能源和空间等创新的电感饱和控制技术使磁性元件尺寸减小；智能功率管理算50%法使系统在轻负载条件下的效率提高了；模块化设计和标准化接口大幅30%提高了系统灵活性和资源共享水平，为可持续发展提供技术支撑电力电子仿真技术高精度仿真虚拟样机技术仿真优化方法陈教授团队开发了针对电力电子系统的高精团队构建了电力电子系统虚拟样机平台，实针对仿真计算效率和优化收敛性，团队开发度仿真平台，能够准确模拟宽禁带半导体器现了从设计到测试的全流程数字化这一平了一系列创新算法采用模型降阶技术，将件的快速开关过程和系统电磁暂态行为创台集成了建模、多物理场仿真和性能评估复杂系统简化为低阶等效模型，在保持主要3D新的多时间尺度算法显著提高了仿真效率，功能，使工程师能够在产品实际制造前发现动态特性的同时大幅提高计算速度结合机使复杂系统的全状态仿真成为可能特别是并解决潜在问题虚拟样机技术已在多个产器学习方法，构建了智能仿真系统，能够根针对分布参数电路和电磁场效应，团队提出业化项目中应用，将产品开发周期缩短了据仿真结果自动调整模型参数和求解策略，了混合仿真方法，将电路模型和场模型无缝，大幅降低了开发成本和试错风险提高了仿真效率和优化收敛性40%融合，大幅提升了仿真精度电力电子失效分析故障诊断实时识别系统异常和故障类型健康管理评估系统健康状态和剩余寿命预测性维护前瞻性安排维护，避免意外停机陈教授团队在电力电子失效分析和可靠性研究方面取得了重要突破建立了功率器件失效物理模型，深入研究了热循环疲劳、键合线抬升和焊点开裂等典型失效机制基于这些基础研究，团队开发了系统级健康监测和故障诊断方法特别是针对关键应用，团队开发了基于数据驱动和模型驱动相结合的预测性维护技术通过分析系统运行参数的微小变化趋势，可提前预测潜在故障，实现由被动维修向主动维护的转变，大幅提高了系统可用性和运行安全性电力电子系统集成模块化设计系统级集成互操作性陈教授团队开发了电力电子系统模块化团队在系统级集成方面取得重要突破，针对多源系统的互操作性挑战，团队提设计方法，将复杂系统分解为功能独开发了三维功率集成技术和异质集成方出了统一的通信协议和控制架构基于立、接口标准化的模块每个模块可独法通过创新的封装结构和互连技术，工业以太网和时间敏感网络技TSN立设计、测试和优化，然后通过标准接将功率器件、驱动电路、传感器和控制术，开发了实时通信平台，保证了分布口组合成完整系统这种方法显著提高器高度集成，实现了一平方厘米一千式电力电子系统的协同控制了开发效率和系统灵活性瓦的超高功率密度开源的系统互操作框架和标准化接口定创新的即插即用功率模块技术使系统多物理场协同设计方法使集成系统在电义已被多家企业采用，促进了产业生态配置和扩展变得简单高效，为快速响应气性能、热管理和电磁兼容性等方面达的形成和技术创新的扩散多样化应用需求提供了有力支持到最优平衡电力电子材料创新材料创新是电力电子技术突破的关键基础，陈教授团队与材料科学家密切合作，在多个前沿方向取得重要进展在新型复合材料方面，开发了碳纳米管增强铜基复合材料，兼具高导电性和高强度，解决了传统材料的强度导电性矛盾-在功能材料领域，团队研发了温度敏感型相变材料散热系统，能够在功率器件温度升高时自动增强散热能力，提供智能热管理特别是在智能材料方面，开创性地研究了自修复电子材料，可在微裂纹形成初期自动修复，大幅延长器件寿命这些材料创新为电力电子系统的高性能化和长寿命化提供了新途径电力电子系统建模物理建模基于物理定律的第一性原理模型数学建模采用数学方法描述系统行为混合建模物理洞察与数据驱动相结合准确的系统建模是电力电子研究与设计的基础，陈教授团队在建模方法学方面取得了系统性突破在物理建模方面，团队基于半导体物理和电磁场理论，建立了宽禁带半导体器件的高精度模型，准确描述了其高频开关特性和温度依赖性在数学建模方面，团队开发了基于状态空间表示的电力电子系统模型，结合平均值法和小信号分析技术，有效描述系统的稳态和动态特性特别是在混合建模方向，团队创新性地将物理洞察和机器学习相结合，提出了物理引导的数据驱动建模方法，在保持物理解释性的同时提高了模型精度和泛化能力电力电子控制理论先进控制算法智能控制鲁棒控制陈教授团队在电力电子控制理论方面持续创新，团队将人工智能技术引入电力电子控制领域，开针对电力电子系统中普遍存在的参数不确定性和开发了系列先进控制算法针对系统的非线性和发了基于深度强化学习的端到端控制系统该系外部扰动，团队开发了一系列鲁棒控制方法基多时间尺度特性，提出了非线性模型预测控制方统通过与环境交互不断学习优化控制策略，无需于稳定性理论，提出了适应性鲁棒控Lyapunov法，实现了系统动态响应和稳态性能的优化平精确的系统模型特别是针对复杂多变量系统，制器，能够保证系统在最坏情况下的稳定性创衡创新的滑模变结构控制算法使系统对参数变开发的神经网络自适应控制器表现出优异的学习新的不确定观测器设计使控制器能够准确估计并化和外部扰动具有极强的鲁棒性能力和控制性能补偿系统扰动模型预测控制深度强化学习控制参数自适应控制••••H∞鲁棒控制•神经网络控制•扰动观测器滑模变结构控制模糊逻辑控制不确定系统控制•••电力电子通信技术高速通信开发基于光纤的千兆通信技术实时通信确保毫秒级控制信号传输工业以太网推动标准化网络协议应用无线通信探索5G在电力电子中的应用随着电力电子系统的分布化和网络化，通信技术成为系统性能的关键要素陈教授团队针对电力电子应用场景的特殊需求，开发了一系列创新通信解决方案特别是针对分布式控制系统，团队提出了基于时间敏感网络TSN的实时通信架构，保证了控制信号的确定性传输和精确时间同步在电磁干扰严重的工业环境中，团队开发的抗干扰通信技术显著提高了信号传输的可靠性创新的光纤通信模块为高压系统提供了安全隔离的数据传输通道团队还探索了5G技术在电力电子远程监控和云边协同中的应用，为智能电网和工业物联网提供了通信支撑电力电子传感技术

0.1%10ns高精度快速响应电流电压传感器精度传感器响应时间200°C10+高温适应物理量类型传感器工作温度上限多参数协同感知能力精确的传感技术是电力电子系统监测与控制的基础，陈教授团队在多个传感技术方向取得了重要进展在高精度电流传感方面，开发了基于磁通门原理的新型传感器，测量精度达到

0.1%，同时具有优异的温度稳定性和线性度针对宽禁带半导体快速开关特性，团队设计了带宽超过100MHz的电压传感器，可准确捕捉纳秒级开关瞬态在微机电系统MEMS传感器方面，团队开发了集成于功率模块内部的温度、应力传感网络，实现了器件内部状态的实时监测创新的传感器网络技术将多种物理量的感知数据融合处理，为系统健康管理和预测性维护提供了全面数据支持电力电子系统验证硬件在环测试实验室验证现场验证陈教授团队构建了先进的硬件在环测试团队建立了国际一流的电力电子系统测试实为验证系统在实际环境中的性能，团队建立HIL平台，实现了控制器与虚拟电力系统的实时验室，配备高精度电力分析仪、高带宽示波了多个现场示范项目，包括智能微电网、电交互该平台采用高性能实时模拟器，可精器、红外热像仪等先进设备开发了自动化动汽车充电站和新能源并网系统等这些项确仿真复杂电力系统的动态行为，为控制器测试流程和数据采集系统，确保测试的一致目长期运行收集数据，全面评估系统在各种提供逼真的工作环境这种方法使控制算法性和可重复性特别是针对系统效率和热性工况下的性能和可靠性创新的远程监测系在实际部署前得到全面验证，大幅降低了开能，开发了创新的量热测试方法，测量精度统实时采集运行参数，及时发现并解决潜在发风险平台支持极端工况和故障场景的模达到国际领先水平实验室通过了问题现场验证结果为技术改进和产品迭代ISO/IEC拟，测试控制器的鲁棒性和应急响应能力认证，测试报告获得国际认可提供了宝贵反馈，促进了科研成果的工程应17025用电力电子系统安全系统防护多层次安全保障体系应急响应快速检测与智能处置策略风险管理系统性安全风险评估与控制安全意识人员培训与安全文化建设随着电力电子系统在关键基础设施中的广泛应用，系统安全成为重要研究课题陈教授团队开发了电力电子系统的安全防护框架，从设计、实施到运维全流程纳入安全考量特别是在智能电网应用中，团队开发了基于零信任架构的安全防护系统，实现了设备身份认证、通信加密和权限精细化管理针对安全事件的应急响应，团队建立了智能检测与处置系统，能够在毫秒级时间内识别异常行为并采取防护措施风险管理方面，开发了系统安全评估方法，通过定量分析识别关键薄弱环节，指导资源优化配置团队还注重安全意识培养，开发了针对电力电子系统的专业培训课程电力电子国际合作电力电子创新生态产学研协同创新孵化1多方共建产业技术创新联盟支持科技成果转化和创业2产业反馈技术扩散3市场需求指导科研方向促进前沿技术在行业普及陈教授团队致力于构建电力电子技术的创新生态系统，发挥高校在基础研究和人才培养中的核心作用，同时加强与产业界的合作互动团队牵头组建了电力电子技术创新联盟，吸引了多家企业、高校和研究机构参与，形成产学研协同创新网络50为促进科技成果转化，团队建立了技术转移中心和创业孵化平台，为科研人员提供专利申请、技术评估、商业模式设计等全方位支持已成功孵化家高5科技企业，获得风险投资超过亿元团队还通过技术培训、标准制定和开源平台建设，推动前沿技术在产业界的扩散应用3电力电子未来展望技术发展趋势颠覆性创新行业革命性变革陈教授预测，未来十年电力电子技术将几项可能带来颠覆性变革的技术正在实电力电子技术将重塑能源、交通和工业呈现高频化、集成化和智能化三大发展验室阶段快速发展量子电子效应在能等多个行业在能源领域，先进电力电趋势随着第三代半导体器件的普及，量转换中的应用有望突破传统半导体器子系统将支持可再生能源的安全100%开关频率将从现在的几百千赫兹提升到件的性能极限；自旋电子学为电力开关稳定接入；在交通领域，电动化和智能兆赫兹甚至更高，带来系统体积和重量提供了全新物理机制；超导电力电子则化离不开高性能电力变换系统；在工业的显著减小可能实现近乎零损耗的能量传输领域，精确的电能控制将促进制造过程的智能化和绿色化多物理场集成设计将成为主流，功率器这些前沿技术虽然尚未成熟，但正在吸件、驱动电路、控制芯片和传感器将高引越来越多的研究资源，未来有望引领这些变革将共同推动全球能源转型和低度集成，形成系统级芯片人工智能将行业变革碳发展，创造巨大的经济和社会价值深度融入电力电子系统，实现自学习、自优化和自适应功能清华大学电机工程展望学科建设陈教授领导的清华大学电机工程学科建设取得显著成效，在国际学科评估中排名全球前三未来，学科将继续深化电子化、信息化、智能化的发展方向，强化交叉融合，构建更加开放多元的学科生态特别是围绕国家能源安全和产业升级的重大需求，加强基础研究和关键技术攻关，打造世界一流学科高地计划建设未来电力电子技术研究中心，整合校内外优势资源，瞄准国际学术前沿人才培养针对新兴技术发展和国家战略需求，陈教授团队正在重构电机工程人才培养体系，创新科研引领、工程驱动、创新为魂的培养模式改革课程体系，加强数学、物理等基础课程与专业课程的有机衔接，增设人工智能、大数据等新兴领域课程扩大国际合作培养规模，建立与全球顶尖大学的联合培养机制，培养具有全球视野和创新能力的高层次人才科技创新以国家重大需求为导向，陈教授团队规划了一系列创新性研究计划重点布局宽禁带半导体、高频电能变换、智能电网和能源互联网等战略前沿方向，力争在基础理论和关键技术上取得突破加强成果转化平台建设，建立校企联合研发中心，促进科技成果快速转化为产业优势强化国际科技合作，主动融入全球创新网络，提升清华电机工程的国际影响力电力电子全球impact技术输出国际影响力中国制造陈教授团队在国际合作和技术输出方面取得陈教授在国际学术界享有盛誉，担任电团队与国内领先企业合作，将科研成果转化IEEE显著成效团队开发的新型电力变换器技术力电子学会副主席和多个国际重要期刊的编为具有自主知识产权的中国制造，在国际已成功应用于东南亚和非洲的多个可再生能委或主编每年受邀在国际顶级学术会议作市场赢得了良好声誉联合开发的电动汽车源项目特别是针对发展中国家的微电网解主题报告超过次，团队研究成果频繁被国功率变换系统、光伏逆变器和大功率电源等10决方案，结合当地资源禀赋和需求特点，实际同行引用和评价主持的国际合作项目获产品，在性能和可靠性方面已达到或超过国现了低成本、高可靠性的本地化设计，受到得了欧盟地平线欧洲计划的高额资助，显际同类产品水平，成功打入欧美等高端市各国政府和用户的高度认可示了国际学术界对团队研究水平的认可场这些成功案例展示了中国电力电子技术的创新能力和国际竞争力电力电子战略意义国家能源安全保障能源供应稳定可靠产业升级推动制造业向高端化发展科技自立自强掌握关键核心技术电力电子技术作为能源转换和控制的关键环节，在国家能源安全战略中占据核心地位陈教授团队的研究直接服务于国家能源安全战略，开发的高可靠电力电子系统为大规模可再生能源并网和跨区域能源优化配置提供了技术支撑，减少了对传统化石能源的依赖，提高了能源供应的安全性和可靠性在产业层面，团队开发的前沿技术推动了制造业向高端化、智能化发展，提升了产业链的核心竞争力特别是在半导体功率器件、新能源控制系统等领域的技术突破，帮助中国企业从国际产业链的中低端向高端跃升，实现了多个关键领域的技术自主可控，为国家科技自立自强贡献了重要力量电力电子伦理与责任技术伦理社会责任陈教授团队高度重视技术开发和团队积极承担科技工作者的社会应用过程中的伦理问题，制定了责任，将研究成果服务于社会发严格的研究伦理准则在科研活展和人民福祉通过技术下乡活动中坚持诚信、透明的原则，确动，为农村地区提供适用的电力保数据真实可靠，研究过程合规电子解决方案，改善偏远地区供合法在技术创新中注重评估潜电条件同时，团队成立了科普在风险和长期影响，避免因短期工作小组，编写通俗易懂的科普利益而忽视隐患团队定期举办读物，向公众传播电力电子知技术伦理研讨会，提高科研人员识，提高全社会的科学素养的伦理意识和责任感可持续发展可持续发展理念深入团队研究的各个环节在技术开发中强调节能环保，尽量减少资源消耗和环境影响团队提出了电力电子系统全生命周期评估方法，从原材料获取到最终废弃处理，全面考量系统的环境足迹通过技术创新提高能源利用效率，为实现碳达峰碳中和目标提供科技支撑研究生培养体系创新人才培养国际化视野跨学科训练陈教授建立了问题导向、能力为本的研究团队构建了全方位的国际化培养平台，通过针对电力电子领域的跨学科特点，团队设计生培养模式，强调从实际工程问题中提炼科联合培养、短期交流、国际会议等多种形了独特的跨学科培养方案开设材料科学、学问题，培养学生的问题发现和解决能力式，拓展学生的国际视野与麻省理工学计算机技术、控制理论等交叉领域课程，要采用导师组项目组双轨制指导方式，由多院、苏黎世联邦理工学院等建立了稳定的学求学生选修不同学科的基础课程组织跨学+学科导师联合指导，拓展学生的知识视野生交流机制，每年选派优秀研究生赴国外一科研讨会和工作坊，鼓励不同背景的学生合特别注重实践能力培养，要求每位研究生参流大学学习定期邀请国际知名学者来校讲作解决复杂问题建立了与数学、物理、材与实际工程项目和科研成果转化，锻炼工程学，组织国际化暑期学校，创造多元文化交料等学院的联合培养机制，为学生提供多元实践能力和创新精神流环境化的学术环境电力电子科研平台陈教授团队建设了一系列国际一流的科研平台，为电力电子研究提供强大支撑作为负责人建设的电力电子与电能变换国家重点实验室配备了先进的测试设备和仿真平台，支持从器件到系统的全链条研究智能电网与新能源技术创新研究中心聚焦产业前沿需求，促进科技成果快速转化团队还建立了多个国际合作平台，包括中欧电力电子联合实验室和中美清洁能源研究中心电力技术分中心等，促进国际学术交流与合作研发这些平台不仅为科研提供了硬件支撑，也为人才培养和学术交流创造了优良环境，已成为电力电子领域具有国际影响力的研究基地科技创新路径基础研究陈教授团队始终坚持基础研究与应用研究并重的理念，在电力电子基础理论和前沿方向投入大量资源重点关注能量转换基本规律、新型半导体材料物理特性和电力系统稳定性等基础科学问题，力求在关键理论和方法上取得突破团队建立了跨学科研究小组，将数学、物理、材料科学等学科的前沿进展引入电力电子研究，拓展了研究的深度和广度应用开发以基础研究突破为支撑，团队积极开展应用技术研发，解决产业发展中的瓶颈问题针对新能源接入、电动汽车、智能电网等重点应用领域，开发了一系列创新产品和解决方案采用研发平台+产品定制的研发模式，构建了通用技术平台，在此基础上快速响应不同应用场景的需求，大幅提高了研发效率和技术适应性成果转化团队建立了完善的科技成果转化机制，促进创新成果产业化和市场化成立了技术转移中心，提供知识产权保护、市场评估、商业模式设计等全方位服务采用多种成果转化模式，包括技术许可、合作开发、创办企业等，根据技术特点和成熟度选择最适合的转化路径建立了产业反馈机制，及时将市场需求和应用问题反馈到研究环节，形成创新的闭环挑战与机遇技术挑战产业机遇创新突破电力电子领域面临多重技术挑战，需要随着能源转型和电气化进程加速，电力面对挑战和机遇，创新成为核心竞争突破传统思维和技术路径器件方面，电子技术迎来前所未有的市场机遇全力陈教授团队提出三位一体的创新硅基材料接近理论极限，需要开发新型球新能源装机容量快速增长，电动汽车战略技术创新、模式创新和体系创宽禁带半导体；系统集成面临散热、电产业蓬勃发展，数据中心能源需求激新技术上突破传统路径，探索量子电磁兼容和可靠性等多重挑战；智能控制增，工业电气化深入推进，都为电力电子、超导电力电子等前沿方向；模式上需要处理复杂多变的工况和扰动子产业创造了巨大市场空间创新产学研协作机制，加速科技成果转化；体系上构建全球协同创新网络，整这些挑战需要跨学科协同攻关，探索颠中国作为全球最大的制造国和能源消费合优势资源覆性技术路径陈教授团队正组织多学国，在电力电子领域具有广阔的应用前科力量，从材料、器件、电路、系统等景和产业基础团队正积极与产业界合这一创新战略已在多个领域取得突破，多层次开展系统性研究，寻求突破作，将科研成果转化为现实生产力团队将继续深化实施，推动电力电子技术和产业发展结语未来已来电力电子的科技梦想构建更高效的能源转换系统创新引领未来颠覆性技术催生新产业生态为人类文明贡献力量3推动可持续发展与低碳转型站在电力电子技术发展的新起点，陈大明教授及其团队将继续秉持科技报国、服务人民的使命，在国家战略需求的指引下，探索能源转换的前沿科学问题，开发引领未来的创新技术电力电子作为连接能源与用户的桥梁，将在全球能源转型和碳中和进程中发挥关键作用未来已来，我们将与全球同仁携手合作，共同推动电力电子技术的持续创新，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系贡献智慧和力量，让科技创新的成果惠及全人类，共创美好未来。