我的学术之路 | 施博辰：从学生到研究者的成长之路

编者按

从早期陷入瓶颈到科研豁然开朗，其学术成果被审稿人评为“建模领域的重大进展”。再到后来与团队精诚合作，不断在大容量电力电子仿真领域取得突破，其坚持不懈、攻坚克难的品质，也正引领着他奔跑在追逐学术理想的道路上。

今天，让我们一同走进2021年清华大学“学术新秀”获得者施博辰同学，了解他在漫漫学术之路上不断探索、挑战和突破的故事。

从学生到研究者的成长之路

施博辰

01

个人简介

施博辰，男，辽宁大连人，2017年于清华大学获得学士学位，现于清华大学电机系攻读博士研究生，师从赵争鸣教授。

曾担任新生带班辅导员、IEEE电力电子学会（PELS）清华大学学生分会主席、清华大学电机系学生会主席等职务。曾获国际大电网委员会最佳博士论文奖、英国工程技术学会Hudswell国际研究奖学金、国家奖学金、蔡宣三奖学金、清华大学优秀共产党员、北京市/清华大学优秀毕业生等多项奖励和荣誉称号。

02

漫漫学术路

 导师，导学 

施博辰从本科大四阶段开始就跟随赵争鸣老师进入大容量电力电子与新型电力传输研究团队开展科研工作。在学术生涯的一开始，他就参与到我国电力电子领域首个国家自然科学基金重大项目“大容量电力电子混杂系统多时间尺度动力学表征与运行机制”这一前沿课题的研究工作中。作为他的领路人，赵争鸣老师在他成长的关键时期给予了至关重要的引导。

“我记得我们的第一个目标就是建立功率半导体器件的瞬态模型，这是对电力电子系统进行纳秒级小时间尺度仿真的基础”，施博辰回忆到，“但是如何从根本上解决模型的收敛性问题，并从器件手册获取所有的模型参数，成为一个最大的瓶颈问题。我在毕设阶段探索了一个多月，仍然一筹莫展，不知道从什么思路下手”。施博辰记得，为了解决这个挡在面前的瓶颈问题，导师赵争鸣教授始终工作在第一线。那一段时间，赵老师推掉了其他所有事情，花了整整一周时间深入钻研，提出了“分段解析”、“机理解耦”的思想。“在2016年11月的一天早上，我收到赵老师发来的邮件，他按照这一思路完整推导了IGBT的瞬态分段模型，并推演了多达几十个模型公式，使我一下子打开了思路，豁然开朗。”施博辰回忆起当时的感受，仍然记忆犹新。沿着赵老师开辟的思路，又经过了大量的推导、改进、演化和验证工作，研究团队提出了“分段解析瞬态（PAT）”建模方法，将大容量、大规模电力电子系统可建模表征的时间尺度拓展到纳秒级。在博士一年级，施博辰将相关成果撰写了一篇文章，发表在IEEE Transactions on Power Electronics上，被审稿人评价为“建模领域的重大进展”。

“这段早期的学习和研究经历对我影响及其深远。这段经历使我从一开始就接触到最前沿的研究工作，站上电机系和研究团队提供的最好的平台，在本科阶段就代表课题组在重大项目研讨会上汇报成果；最关键的是，导师身体力行地教会了我科学研究的含义，向我展示了一名真正的研究者所应具备的热忱的学术理想和行胜于言的作风，教会了我如何把握方向、如何认知和思考问题、如何解决技术瓶颈等等，使我真正进入了科研的大门。”施博辰说。

施博辰（左）与导师赵争鸣教授（右）

挑战，团队 

在建立了可表征的模型之后，关键问题就是如何进行高效的解算。在这一研究阶段，大容量电力电子系统复杂的结构和庞大的规模给仿真算法的研究带来了极大的挑战。“我记得我们当时把课题组研制的2MW四端口电力电子变压器（PET）选定为仿真研究案例。这一变换装置非常复杂，一台PET就包含了578个功率开关器件。考虑到功率开关可以处在导通和关断状态，理论上系统的运行模式多达2的578次方种，更不要提考虑每种模式切换时伴随的纳秒级开关瞬态过程。”在那时，没有任何一个仿真软件能够对这一装置进行完整的、多时间尺度的仿真。“当时我们还没有开发出一个通用化的软件，只能通过一行行手写代码来对该系统进行解算。”尽管面临巨大的挑战，但施博辰和课题组的小伙伴们清楚，只要能把这一最复杂装置的仿真难题攻克，对大容量电力电子系统仿真解算的研究，就迈出了最关键的、坚实的一步。“纵使充满挑战，我们仍非常坚定地向着这一目标迈进。”

为了攻克这一难题，施博辰与团队成员精诚合作，集体攻关。“回忆起这一阶段无数个日日夜夜，我觉得缺少了团队任何一名成员，我们都不可能实现最终的胜利。”那段时间，施博辰与团队的朱义诚、虞竹珺、鞠佳禾等几位博士、硕士研究生们一起，在西主楼3-319的工作室内连续奋战了三个多月的时间。他们紧密地分工协作，相互鼓励，逐一攻克了数值积分方法、大容量系统解耦算法、计算机自动实现方法等多个瓶颈问题，一起调通了数万行程序代码中无数个“bug”，终于在2018年10月成功实现了2MW PET完整模型的准确、高效解算，在完全相同的精度下将仿真速度从4小时缩短到12秒，比国际先进软件（理想开关模型）提高1000倍以上。“当时这一成果的取得极大地增强了我们的信心，它标志着我们提出的状态离散事件驱动的思想在大容量复杂电力电子系统落地，而这一切，都离不开一个紧密配合、团结一心的队伍。”

2019年9月，研究团队受邀在IEEE ECCE大会做专题讲座（Tutorial）

此后，研究团队进一步将所提方法通用化，开发了首款国产电力电子仿真软件DSIM。2019年9月，作为唯一一支来自中国的队伍，研究团队受邀在IEEE电力电子领域旗舰会议ECCE上进行了三个半小时的专题讲座（Tutorial），汇报了离散状态事件驱动建模仿真方法和DSIM仿真软件的最新成果，受到国际专家的广泛关注，被评价为“使得不可能实现的仿真成为现实”。

DSIM软件界面

从学生到研究者

“学术之路不可能一帆风顺。”谈到自己的体会，施博辰认为“坚韧”是研究过程中最重要的品质之一。“不管是我个人，还是研究团队，我们都经历过无数次失败。技术路线被证明错误，程序中的玄学问题连续调试一周也找不到原因，文章经历大修、小修结果仍被拒稿……”在施博辰看来，创新就是走前人没走过的路，所以失败一定是创新的常态。这个时候，坚韧就成为最重要的品质。只要牢牢把握方向，不忘初心，坚忍不拔，胜利的曙光可能就在前方。

此外，施博辰认为在博士研究阶段，自己最大的收获是初步完成了从一名学生向一名研究者的转变。“一名研究者与学生最大的差别就是能够主动思考。培养和促使我完成这一转变的因素，既包括电机系提供的优秀的科研平台和环境，也包括导师赵争鸣教授给予的高屋建瓴、无微不至、身体力行的指导。”谈起这点，施博辰总是感慨不已。如今的他，也正站在高起点上，凭借着持续的思考和不懈的坚持，向着自己的学术理想不断超越和突破着。

施博辰在作报告

03

研究成果

施博辰的博士论文工作提出了分段解析瞬态建模和解耦型离散状态事件驱动仿真方法，使得大容量电力电子系统的仿真速度平均提高两个数量级（100倍以上），根除了纳秒级开关瞬态仿真的收敛性问题；作为主要理论支撑，与团队成员一起研发了首款国产通用电力电子仿真软件DSIM，打破了我国在电力电子仿真领域受到的国外垄断和禁用限制，并在12个国家和地区的200多家单位得到应用。目前，他已在Engineering、IEEE TPEL、TIE、JESTPE等国内外高水平期刊发表（或接收）论文20余篇（SCI收录12篇），其中第一作者10篇（SCI收录7篇）；受理和授权美国、中国发明专利14项，获得软件著作权5项。

作为离散状态事件驱动建模仿真方法和DSIM电力电子仿真软件主要发明人之一，施博辰曾获得2021年第48届日内瓦国际发明展最高奖“大会特别嘉许金奖”（排名2/8，学生第一完成人）。其博士研究工作也获得了2021年国际大电网委员会（CIGRE）最佳博士论文奖，成为首位获得该奖项的中国高校博士研究生（全球每年评选不超过一名获奖者）。施博辰还获得了2021年英国工程技术学会（IET）Hudswell国际研究奖学金，是首位获得该奖项的中国学生。该奖项每年在全球工程和技术领域评选一名博士研究生，并在一年一度的IET成就奖颁奖典礼上颁奖。

近五年的学术生涯，使得施博辰感受到科学研究的魅力与价值，也愈加坚定了自己的学术志趣和信念。今后，他也希望能将毕生精力投身于电力电子学科基础理论和关键技术的研究工作中，将人生价值的实现与探寻科学真理、服务经济社会发展紧密结合。

文字较原文略有删改

供稿 | 清华大学电机系研究生会

领略完施博辰的学术之路

你还想进一步同优秀的榜样面对面交流吗？

由清华大学研究生会主办

水利系、电机系、电子系研究生分会承办的

“新秀分享会 | 电机-水利-电子专场”

将在9月16日（今日）下午14:00

于清华大学第四教学楼4404举办！

施博辰将与武楚涵、王泰华

共同为大家带来本次分享会

点击下方图片，了解更多~

欢迎各位同学积极参与！

如何参与分享会？

1

时间：9月16日下午14:00-15:30

2

地点：清华大学第四教学楼4404

3

扫描下方水木汇二维码进行报名。

报名小程序码

征稿通知

亲爱的老师和同学们：

为传承与发扬清华大学“严谨、勤奋、求实、创新”的学风，深入挖掘优良学术学风典型，强化榜样示范作用，学术之路工作室将推出宣传专栏《我的学术之路》。

在学术的路途中，有坚守与喜悦，也有挫折与迷茫。那些拼搏在追逐理想第一线的分分秒秒，那些和导师、课题组度过的日日夜夜，都将同汗水与热爱一起，凝结成园子里最美好的学术回忆。我们诚挚地邀请你分享出身边的动人学术故事，我们也坚信，这些故事能够感染和鼓舞更多奔跑在学术道路上的清华学子。向优秀的榜样看齐，“我们”终将变成“他们”。

来搞须知：稿件要求原创，字数以适宜推送篇幅即可，能提供与稿件内容相关的照片为佳。

投稿邮箱：[e-mail]

学术之路工作室

2021年9月    

学术之路工作室介绍

学术之路工作室是针对清华大学研究生基础课程学习、科研技能提升和学术个性化需求，提供定制服务的平台。我们将会以最便捷的途径，解决你在学术之路中遇到的各类问题！

工作室招募了包括资深教授、学术新秀、特奖或国奖获得者在内的诸多讲师，擅长领域涵盖课业知识、工具技能、综合素质、发展规划等多个方面，帮助研究生同学切实提升学业课程成绩和科研技能水平。

工作室开放了定制化的一对一在线答疑和团体咨询预约，匹配研究生的个性化需求。手把手、点对点传授干货，走上科研up之路！

工作室亦将组织和支持一系列讲座，从学术技能到领域前沿再到生涯规划，为研究生提供学术科研道路上的全流程培训！

工作室还会每周汇总全校学术讲座信息与实验平台培训通知，真正做到学术资讯“一网打尽”！

专业化解决

24小时在线解答

个性化定制

学术之路的捷径就是学术之路工作室

让你全方位、深层次地提升科研素养！

目前，工作室的答疑和服务需在“水木汇”的“学术之路”小程序上进行预约，戳公众号右下方菜单栏的“预约服务”，你可以即刻获得预约方式！

点击下方图片，进入水木汇小程序“学术之路”板块

点击图片查看往期精彩内容

欢迎扫码关注我们~