当他的中国偏远家乡首次通电时，他正在上中学。他的家人共用一个连接到电缆的便携式15瓦灯泡。更换灯泡是他的工作。

“有一天晚上，灯泡坏了，我试图在完全黑暗的情况下更换它，”彭说。“我不小心把左手拇指插进了插座里，立刻就震惊了。我失去平衡，摔倒在泥土地板上，电流灼烧着我的身体，我浑身颤抖。幸运的是，我的右手被电缆缠住，把左手的插座拔了下来，否则我就活不下去了。”

在那次濒临死亡的经历之后，彭将电力视为一个挑战。他把研究这种现象并“驯服这头野兽”作为自己一生的工作，这种现象让他陷入危险，但也让他的家人在夜间能看见东西。

彭的最新研究延续了这一使命。在《科学报告》上发表的一项研究中中，他展示了他创建的一种名为Z源逆变器的半导体器件如何在发生短路或开路故障时快速降低电压和电流。

现有的安全机制可以在故障期间快速停止供电，但速度并不总是足够快。典型的断路器可能需要大约50毫秒才能启动，但仍然足以导致人员死亡或引发火灾。Peng的数字Z源转换器/逆变器可以在5微秒内提供保护，即快1,000倍。

工作原理

当电路正常运行时，电源线和电缆将电流从发电机长距离传送到最终用户，最终用户的用途称为电力系统中的负载。工程师通常希望它尽可能强劲地运行，以便为最终用户提供电力。但是，当电路中断或短路时，例如倒下的树，电流就会流过该物体。达到35,000华氏度的电闪光会导致接触电路的物体快速升温并剧烈燃烧。

彭的电子开关检测短路的速度比现有方法更快。它还可以处理宽范围的输入电压，而无需额外的组件。这种灵活性使其在电源不稳定或需要高效使用不同电压电平的情况下非常有用。

“我们开发了一种使电源对负载更加敏感的方法，”他说。“在最终用户没有注意到的情况下，我们可以立即使电网恢复正常，而不会出现浪涌电流。”

为什么它很重要

在美国，倒塌的电线每年都会引发数百起野火。2023年毛伊岛山火是美国历史上最致命的山火之一。据美国国家消防协会称，火灾是由倒在电线上的一棵树着火引起的。

“我们研究的目的是使能源(电压)对负载条件更加敏感，”彭说。“如果出现意外的大电流，我们希望将电压降低到安全范围，以防止火灾。无论电流如何，传统发电机都会持续产生恒定电压。”

重新设计电网

Peng的解决方案可用于改造现有基础设施，使其更加安全。

利用风力涡轮机、光伏电池和燃料电池等可再生能源实现电网多样化是调节电压增减的一种方法。

“除了可再生能源之外，我们防止电力激增的另一种方法是用电力转换器人为地调节系统，”彭说。“无论是自然的还是人造的，我们都希望创造出能够自主工作、自我保护、弹性和冗余的东西。一种想法是使用由电力电子和控制实现的虚拟电阻器来提供电路系统的阻尼和稳定性。”

美国的大部分电网是在20世纪60年代和1970年代修建和扩建的。除了断电引发的火灾之外，老化的基础设施还会带来其他问题，例如停电或容易遭受网络攻击。

“是时候重塑我们的电网，用电力电子技术‘驯服野兽’了，这是一种新的电力技术，在20世纪80年代我开始我的研究生涯时开始蓬勃发展，”彭说。“我真的很幸运能够成为几位电力电子先驱和世界领导者的门生。养育一个孩子需要整个村庄的努力，需要整个社会/世界的努力才能实现这个新的网格。”