主要从事电力电子与电力传动学科的教学和科研工作，研究方向包括新能源发电系统、多能微电网、能源互联网中的电力电子技术等。主持国家自然科学基金5项（面上项目3项、国际合作交流1项、青年基金1项）、国家重点研发计划子课题1项、国家863计划子课题1项、国家国际科技合作专项1项、国家重点实验室课题4项，以及与国内外企业合作课题30余项。获得教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖、中国电工技术学会科学技术一等奖、日内瓦国际发明展特别金奖。发表论文300余篇，其中SCI收录论文62篇（含IEEE期刊论文52篇）、EI收录论文超过200篇，论文在Web of Science中被引频次超过2000次，Google Scholar H因子达到25，授权国家发明专利17项。

主要学术贡献与科研成果包括：

面向大容量光伏发电的模块化并网逆变器系统及其应用。传统的大功率光伏并网逆变器方案以两模块并联为主（容量500千瓦），难以达到兆瓦级应用。针对这一困扰新能源产业多年的瓶颈问题，孙凯博士提出了基于直流母线电压信号化的模块化并联T型三电平并网逆变器及其效率优化策略，实现了8模块并联，不仅将容量提升至1.25兆瓦，而且将综合能量转换效率提高了0.5-1个百分点，并显著提高了系统可靠性。相关成果在本领域最高水平国际期刊IEEE Trans. Power Electronics（TPEL）、IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics（JESTPE）上发表了4篇论文，SCI他引147次，得到了美国工程院院士Philip T. Krein教授、加拿大工程院院士Praveen K. Jain教授、丹麦技术科学院院士Frede Blaabjerg教授和IEEE Fellow Rik W. De Doncker教授、Jih-Sheng Lai教授、Yan-fei Liu教授等多位国际权威学者的引用和积极评价，认为成果“开拓了电力电子变换器的潜力，使母线具备了通信能力”，“完善了分布式发电系统的可靠性和能量利用率”，“为系统整体稳定性做出了贡献”。所研发技术通过与企业合作已应用于超过10.82GW的光伏并网机组和储能机组中，在国内同级别市场占有率达到20%以上，产品出口“一带一路”沿线国家，年平均提高发电量8.6亿千瓦时，累计新增销售额10.3亿元，新增利润8051万元。

面向中小功率新能源（光伏、热电发电、电池储能）系统的高效率电力电子变换器拓扑理论与控制技术。小功率单相光伏并网逆变器是分布式发电系统的核心设备，但多年来主要电路专利（H5、HERIC）均被德国SMA等行业巨头垄断。孙凯博士提出了单相非隔离并网逆变器的拓扑推衍方法，并据此发明了具有高效率、低漏电流特性的H6逆变器、中点钳位型全桥逆变器和五电平双降压逆变器，为单相光伏并网系统提供了全新的解决方案；提出了分布式热电发电系统的差分功率处理机制，显著提高了系统的能量转换效率；提出了多型高效率三电平双向DC/DC变换器拓扑，以及高精度建模方法和解耦控制策略，为储能系统提供了高性能的变换器方案。相关成果在IEEE Trans. Power Electronics、IEEE Trans. Industrial Electronics等本领域国际顶级期刊上发表论文22篇（SCI他引164次），获得发明专利授权6项。研究成果得到了美国工程院院士、中国工程院外籍院士李泽元教授、美国工程院院士Ned Mohan教授、加拿大工程院院士Bin Wu教授等国际权威专家的高度评价，认为提出的电路拓扑“成本低效率高，非常具有吸引力”，“非常适用于作为可再生能源和微电网的接口”，“是中压等级功率应用的重要趋势”。成果不仅丰富完善了电力电子的理论，而且突破了国外的专利封锁，为我国企业提供了自主知识产权的核心技术。

面向新能源综合应用的交直流混合微电网能量管理与控制技术。交直流混合微电网是未来智能电网的重要组成部分，需要实现安全、稳定、高效的运行，但传统交流电网的能量管理和控制技术无法解决交直流微电网的问题。孙凯博士提出了交直流混合微电网中能量管理与优化调度算法、负荷功率分配精度提升方法、分布式储能单元充放电优化控制方法和交直流接口变换器控制与故障保护策略，显著提高了系统的能量利用效率、控制精度、可靠性和稳定性，为交直流混合微电网的安全稳定高效运行奠定了良好的理论和技术基础。孙凯博士在IEEE Trans. on Power Electronics、IEEE Trans. on Industrial Electronics、IEEE Trans. on Smart Grid等国际权威期刊上发表SCI论文9篇，SCI他引167次，得到了美国工程院院士Mohammad Shahidehpour教授、Dushan Boroyevich教授等权威学者的积极评价。在国家863计划、国家国际科技合作专项（中国-丹麦）等项目的支持下，已将成果成功应用于中丹可再生能源发展项目“上海神舟新能源微电网”、南京江宁智能电网产业园区、特变电工西安产业园区等10余个微网工程中，显著提升了光伏等新能源发电的占比，降低了系统故障率，已累计创造产值4000万元以上。