1 历史沿革
清华大学电力电子与电机系统研究所原名电机及其控制教研组，由1932年成立的清华大学电机工程系的电力组电机设计及制造专业方向演变而来，属于清华大学最早设立的工科专业方向之一。目前涵盖电机与电器、电力电子及电气传动两个二级学科，并建有“电力电子及电机控制”国家重点实验室分室。70多年来，我国多位著名专家和学者曾在本研究所从事教学与科研工作，例如顾毓琇教授(美国工程院院士，首任清华大学工学院院长)，章名涛教授(中科院院士，曾任清华大学电机系主任)，高景德教授(中科院院士，曾任清华大学校长)等。在他们的带领下，清华大学电力电子与电机系统研究方向始终走在国内前列，是我国电力电子及电机分析、控制和故障诊断等领域的科学研究和人才培养的重要基地。
研究所的电机学科1953年开始招收研究生，至文革开始前已培养出研究生12人。文革期间一度中断，及至1978年，恢复招收研究生。学科在1981年被批准为全国第一批博士点，1983年培养出我国第一位电机学科工学博士，1986年设立全国第一批博士后流动工作站，1988年被评为全国首批重点学科，并于2002年和2007年的后续评估再度被评为国家重点学科。上世纪八十年代以来，电机过渡过程、电机电磁场和风力发电等学科方向得到了迅速的发展，计算机技术、电力电子技术和控制理论也被广泛应用于电机设计和控制领域，为加快传统学科的改造，研究所专业领域扩展为“电机及其控制”，并于1990年增设电力电子硕士点，1995年获得电力电子学科博士授予权。1995年在原有的电力系统国家重点实验室中增设电力电子与电机控制分室，1998年该国家重点实验室被教育部评估为a级第一名，并在2003年和2008年的后续评估中都获得优秀。
2 师资队伍概况
目前研究所在职教职员工20余名，教授 7 名，客座和兼职教授 4 名（2名外籍），副教授 5名，高级工程师 2 名，讲师（助理研究员）7名，其中有博士生指导教师7名，硕士生指导教师12名。
“十五”至“十一五”期间，本学科从国内外先后引进了10名具有博士学位，且精通业务、思想过硬的青年教师骨干。这些新引进教师占到现有教师总数的38.5％。目前，老（55～60岁）、中（45～55岁）、青（45岁以下）教师人数比为5:2:20，其中45岁以下青年教师所占比例达到了74.1％，师资队伍的年龄结构比较合理，同时，学术团队中拥有博士学位的成员比例已达到74.1％，学术带头人和骨干成员大都具有赴国外留学或工作的经历。这些留学目的地国家包括了美国、日本、英国、德国、法国、俄罗斯等主要国家。丰富的留学经历和齐全的外语人才为本学科与国外大学及企业进行深入的交流提供了有利的条件。图1示出在职教师合影。
图1 在职教师合影
3 人才培养概况
截至到2005年底，本学科共培养博士毕业生97名，硕士毕业生287名，来站工作的博士后22名，接受国内、外访问学者和进修人员共89人。本学科曾获得国家教学成果特等奖（1997年）和全国优秀博士论文奖（1999年）。近5年出版专著、教材10部，发表论文300余篇，并开设了电机学、电机分析、微特电机、电子电机设计与分析、电力电子与电机系统集成、交流电机及其系统暂态、电力传动与控制、电机与拖动、电力电子技术基础、现代电力电子学、自动控制原理等11门专业基础和专业课程。近5年共招收60名博士研究生，109名硕士研究生；毕业43名博士研究生，105名硕士研究生。另外，“十五”期间，本学科按照“强军计划”的要求，接受来自部队的博士研究生2名，硕士研究生16名，其中10人已毕业回到了工作岗位。本学科已成为清华大学接受“强军计划”学员最多，而且成效最为突出的学科点之一。
4 科研概况
学科面向国民经济主战场，积极参与和承担国家重大项目建设；同时加强与国内外大型企业紧密合作，先后与许继电气、国电南自和保定天威等国有大型企业成立了联合研究所，走出了一条起点高、方向新、经费足、影响大的科研新路；近五年间，本学科共完成科技部“十五”863计划项目5项，国防“十五”863计划项目4项，国家自然科学基金重点项目2项，面上和青年项目6项，军口预研和委托研究项目8项，国际合作科研项目12项。接受的纵向科研国拨资金1100万元，国内、外企业配套和产业化项目横向资金4100万元，总计新增合同金额超过5200万元，实际到款金额超过5000万元。
“十五”至“十一五”期间，本学科在上述五个学科研究方向上取得了一批具有重要影响力的科研成果，荣获国家科技进步二等奖一项，省部级科技一等奖2项，省部级科技二等奖3项，赵争鸣教授被评为全国先进科技工作者，黄立培教授、李永东教授、蒋晓华教授先后被授予中达学者荣誉称号，肖曦副教授被授予中达青年学者荣誉称号。
5 学科发展和科研方向
瞄准国际科技前沿，加强原创性科研工作，促进学科交叉，是研究所学科发展的总体目标。“十五”至“十一五”期间，按照学科发展的客观规律，学科进一步对研究方向进行了调整，基本实现了从传统电机向以电机为核心，包括电力电子、数字控制和一些特殊重要应用在内的电机系统，乃至机电能量与信息变换集成系统的根本性转换，形成了大电机系统理论与应用、特种电机系统及其控制、电子电机集成系统、交流电力传动和新型电力电子电器等多个新的研究方向。学科发展的主要特点可总结为四个结合：强电与弱电相结合，能量与信息相结合，硬件与软件相结合，部件与系统相结合，科研方向主要面向未来能源的开发与利用，面向国防、交通、工业制造领域。
5.1 学科研究方向的近期主要进展
(1)在大电机系统方向，在国际上首次提出发电机内部故障主保护的定量化设计方法，为科学制定发电机主保护配置方案开辟了新途径。该设计方法和技术观点已被本行业的国内、外企业所采用。目前，国内在建的单机容量700mw的水电站（三峡、龙滩、拉西瓦、小湾等）和大坝、秦山核电二期等火（核）电站（共计三十余座电站）大多数采用了这种方法设计其内部故障主保护。该项研究成果水平居国际领先，2005年1月获得教育部科技进步二等奖。
(2)在特种电机系统方向，依托科技部“十五”863重大专项，与兰州电机厂、永济电机厂等国内的主要风力发电机生产厂合作，研制成功首套国产化1.5mw变速恒频双馈异步风力发电机系统，打破了该领域国外厂家长期的技术垄断，研究成果水平居国内领先。该项技术成果已在国内7家企业推广，形成的相关产品年销售额已超过2亿元。十五期间，该项目获得的纵向与横向合同经费约1000万元，并获得了国家科技部十一五科技支撑计划的继续支持。
(3)在高性能电机控制方面，采用新型高频电力电子器件（igbt）、数字信号处理器（dsp）和现代控制理论及矢量控制、转矩直接控制技术，针对新一代全数字化高性能交流调速及伺服系统，研究无机械传感器的调速系统、基于参数辨识的自适应控制、极低速区的速度辨识和控制方法及新一代全数字化交流调速系统的控制策略及各种控制策略的积木式组合方案等，在高压大容量变频调速系统、机车牵引、数控机床驱动及其它工业自动化设备驱动领域获得了较好的应用，创造了良好的社会效益和经济效益。获“十一五863”《伺服系统的极低速技术研究与开发》、国家自然科学基金《基于永磁体状况动态监测的永磁电机控制策略和失磁分析方法研究》等课题支持。
(4)在电子电机集成系统方向，研制成功高压大容量三电平变频调速系统，在开关器件特性、主电路结构、控制系统、机械结构、冷却系统、检测与保护、通讯与界面、试验检测等多方面取得了创新性成果，获得国家发明专利授权2项，申报受理发明专利8项，申报软件著作权4项。2004年获得北京市科技成果二等奖。2005年完成的1250kw/6000v高压三电平变频器样机已通过国家电控配电设备质量监督检验中心的产品检测。该项成果填补了我国在高压大容量三电平变频器产品生产上的空白，技术上整体达到国际先进水平，部分关键技术达到国际领先水平。
(5)在交流传动方向，在电动汽车宽范围调速异步电机矢量控制研究方面取得了新进展，提出了一种高速下异步电机转子磁场准确定向的控制方法。该方法采取了对转子磁链位置实时校正调节的控制策略，大大提高了矢量控制对电机模型和参数的鲁棒性。课题组承担了“十五”863重大专项子课题项目《燃料电池城市客车电机及其控制系统》的研究工作，研制并装车运行了额定功率100kw，最大功率160kw，最高转速6000转/分的异步电机及其全数字矢量控制系统，其性能指标接近国外同类产品。课题成果已通过了科技部组织的验收，并且获得科技部“十一五”863电动汽车项目的继续支持。
5.2 与上述学科研究方向对应的主要科研方向
(1)可再生能源发电系统，主要研究风能、太阳能等可再生能源发电装置、电力电子变换器与计算机控制的一体化集成技术（见图2）。
图2 太阳能发电装置
(2)电气交通驱动系统，主要研究用于轨道交通电力牵引、舰船电力推进和电动汽车驱动等领域的高性能交流电机及其控制系统（见图3）。
图3 电动汽车驱动系统
(3)大容量变频调速系统，主要研究高压大容量多电平变流器的拓扑、控制策略及其系统的应用(见图4)。
图4 高压大容量变频器产品
(4)工业自动化驱动系统，主要研究用于工业自动化设备（如数控机床、工业机器人、冶金设备等）的高性能交流电机控制理论与实现方法（见图5）。
图5 伺服驱动器产品
(5)电机系统主设备监测与保护，主要研究电机及其相关设备的分析与设计、故障机理、检测方法、保护方案和容错方法（见图6）。
图6 大电机系统主设备的监测系统
(6)超导应用与电能质量管理，主要研究电力系统中超导储能应用技术、有源滤波与无功补偿技术(见图7)。
图7 电能质量管理装置
(7)独立电力系统及电力储能，主要研究独立电力系统的结构、特性、控制策略、稳定性、保护方法等特殊问题和可再生能源发电等分布式电力系统中的储能及调剂控制问题。
6 实验室建设
在校“211工程”和“985工程”的支持下，“十五”至“十一五”期间，学科投资150万元新建了面积为200平米的电机学与电力拖动综合教学实验室，对实验室的电源、实验台和实验内容进行了彻底的更新；投资1000万元扩建了面积为340平米的电力电子与电机控制科研实验室。该实验室中建设了3个科研实验平台：大容量变频调速试验平台，由中压异步电动机＋异步电动机＋四象限变频器组成能量回馈式实验机组，同时加有直流电机＋电阻负载作为备用。可对电压0.38～10.5kv，最大功率300kw，最高转速2000r/min的变频调速试系统进行测试；独立电力系统试验平台，由两套发电机＋异步电动机＋四象限变频器组成的并联发电机机组和局域交流＋直流电网构成，可进行电压0.38～0.69kv，单机最大功率30kw，最高转速4000r/min的风力发电机组、模拟船舶电站、航空发电系统等各种特种电机系统进行测试；虚拟仿真试验平台，由六台离线仿真计算机和两套基于dspace的硬件在回路实时仿真与虚拟测试装置组成，安装有saber、matlab/simulink等仿真商业软件。可对任意单机电机系统和复杂多机系统进行联合实时仿真和离线仿真，实验平台的照片见图8。
图8 大容量电力电子试验控制平台