针对模块化多电平矩阵变流器（modular multilevel matrix converter，M3C）运行过程中9个桥臂直流侧电容电压不平衡以及子模块（sub-module，SM）电容电压波动等问题，提出了针对桥臂均压的环流控制策略。建立了M3C输入侧、输出侧的数学解耦模型，并通过对M3C各个桥臂功率的分析设计出桥臂电容电压平衡分级控制策略消除了M3C桥臂电容电压在f_m≈0和f_m=f_g（f_m、f_g分别为输入侧和输出侧频率）电容电压纹波低频交流分量造成的剧烈震荡；在RT-LAB平台上搭建了M3C半物理实验系统，并模拟了正常工况、低频工况和特殊工况下的系统运行情况。实验结果表明所提桥臂均压控制策略效果好，直流侧电容电压波动范围小，输出电能质量更佳。

电压源型变流器的暂态同步稳定问题是一种典型的非线性问题，在多机系统中更是表现出复杂的高阶特性与交互耦合特性。为明确多控制模式变流器异构系统的交互耦合特性与暂态失稳机理，以跟网型变流器（grid-following voltage source converter，GFL-VSC）、构网型变流器（grid-forming voltage source converter，GFM-VSC）双机混合并网系统为研究对象，首先采用相量分析法建立了适用于暂态稳定分析的混合并联系统的数学模型，揭示了变流器之间交互耦合作用的产生机理。然后，通过引入三维曲面和等高线提出了一种可视化的稳定性分析方法，直观描绘了系统的平衡关系，并揭示了GFM-VSC有功功率参考值、无功功率控制回路以及GFL-VSC电流参考值对系统暂态同步稳定性的影响。结果表明，GFM-VSC无功功率控制的引入会恶化系统的平衡关系。在电网故障时，可以通过减小GFL-VSC有功电流注入并适当增大其无功电流注入，或减小GFM-VSC有功功率参考值来改善系统的稳定性。最后，利用硬件在环测试验证了理论分析的正确性。

针对三相Vienna整流器采用传统控制在系统负荷变化、网侧电压波动时响应速度慢、抗干扰性差的问题，以及常用滑模控制存在的抖振、稳态误差等问题，提出了基于二阶非奇异终端滑模和模型预测的控制策略。在电压外环引入二阶非奇异终端滑模控制，以实现在负载扰动和电网电压波动时直流侧电压的快速恢复和稳定输出。在内环采用模型预测电流控制，使输入电流具有快速跟踪速度的同时保持低谐波畸变率。仿真和实验结果验证了所提控制策略的可行性和有效性。

中高压直流变压器是直流输配电系统中进行新能源发电直流汇集与电压变换的关键设备之一。模块化多电平型直流变压器（modular multilevel DC transformer，MMDCT）模块化程度高、电压扩展能力强，是高压大功率直流电能变换的主流技术方案，呈现出迅猛的发展趋势。首先梳理了中高压直流变压器的典型应用场景，然后归纳整理了MMDCT的典型拓扑结构。在此基础上，分别对MMDCT的调制策略、电容电压均衡控制方法、环流抑制策略、功率控制方案、实验样机和应用等关键技术问题进行归纳分析与总结。最后，展望了MMDCT今后的发展趋势，总结了在未来直流电网中MMDCT所承担的多功能角色以及多方向的技术挑战。

在直流输电领域，基于谐波注入理论形成的新型注入式电网换相换流器（reinjection line commutated converter，RLCC）相比于传统电网换相换流器（line commutated converter，LCC）具有换流器内部谐波抑制能力、换相失败完全抑制能力和触发角超前滞后双模运行能力等显著优势。针对现有RLCC只具有单一控制变量触发角不能实现有功功率和无功功率解耦控制的问题，通过在其分流模组各注入支路增设续流二极管并引入调制系数控制变量，构成一种可实现功率解耦控制的新型RLCC。基于拓扑结构及工作原理，简要分析交直流侧理论电流波形，推导新型RLCC稳态数学模型。根据新型RLCC运行特性确定调制系数工作范围、功率运行范围和实现单位功率因数运行的条件。最后，提出了一种在常规定电流反馈控制基础上结合功率因数前馈控制的功率解耦控制方法，并通过仿真验证所提控制方法的可行性和正确性。

在“双碳”目标的推动下，我国电力系统正经历深刻变革。随着电力电子电源大规模接入，系统稳定性问题日益突出，呈现多种稳定深度耦合、元件群体行为不可预测的突出特征。针对上述问题系统分析了现行电力电子电源并网管理中基于“黑盒”的外特性管理模式、并网检测体系、仿真建模准确性等方面存在的局限性，并借鉴国际先进经验，研究提出以并网控制框架标准化和模型透明化为核心的新型并网技术管理体系，从并网控制框架及参数整定方法标准化、并网标准修编、并网测试和仿真建模、数字化监测及市场激励等方面提出系统性改进措施。通过这些变革，有望推动并网管理由被动适应转向主动深度协同，提升新型电力系统的安全稳定运行水平。

海上风电具有资源丰富和利用前景广阔的优势，对于我国实现“双碳”目标具有十分重要的意义。深远海海上平台空间布局紧张、环境恶劣、运行维护工况复杂，对柔性直流（voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC）换流站轻型化、紧凑化及可靠性要求更高。针对海风送出柔性直流系统，采用6.5 kV功率器件可降低建设成本和设备占地，提升单位体积输送容量。基于6.5 kV集成门极换流晶闸管（integrated gate commutated thyristor，IGCT）设计了紧凑轻型化柔性直流功率模块，改善了IGCT黑启动回路的稳定性，并通过试验验证了其可靠性，为后续研制提供技术支撑。

针对模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）出现动态负载、参数失配和单相短路接地故障，造成稳态功率脉动、电流谐波过大问题，提出了一种电流环改进无模型滑模控制方法（improved model-free sliding mode control，IMFSMC）。首先，基于MMC系统数学模型，构建了参数失配时的模型补偿超局部模型。其次，提出一种时变增益自适应滑模趋近律设计电流环滑模无模型反馈控制器；同时设计一种模型补偿改进线性扩张状态观测器（model-compensated improved linearly extended state observer，MCILESO）估计超局部模型中未知扰动并补偿至滑模反馈控制器，并使用Lyapunov函数和赫尔维兹定理证明了控制器和观测器的稳定性。最后，基于MATLAB仿真及RTLAB半实物平台与PI控制以及传统无模型滑模控制对比，其结果表明所提方法能极大提高MMC系统在动态负载、参数失配和单相短路接地下的动稳态性能；降低MMC系统模型依赖度，增加系统鲁棒性和抗扰能力。

高比例新能源发电带来的运行环境不确定性将显著增加离线稳控策略及其整定值的失配风险或运行成本。目前，快速自适应的在线策略制定尚无法在实际运行中完全替代离线策略制定流程，依靠规范化、自动化方法缩短离线稳控策略可靠更新周期势在必行。为此提出了一种基于随机-鲁棒混合整数规划的电网离线稳控策略定值规范化整定方法。不确定性参数按是否精准可信掌握概率分布被分为两类，分别采用随机规划和鲁棒规划方法予以应对；定值整定问题被规范为一个两分支的双层随机-鲁棒优化模型。所提出方法在南方电网某实际稳控系统算例中得到验证，可支撑日前时间尺度的策略定值规范更新。该方法对不确定运行环境下系统安全敏感且难以完全解析的离线决策，提供了一个通用的规范化、自动化改进技术框架。

针对非有效接地配电网中单相接地故障消弧与保护的难题，首先提出了基于线电压组合调控的配电网单相接地故障消弧方法，利用单相接地故障及调控过程线电压恒定不变特征，由可调注入变从系统获取三相线电压，调节注入变压器变比及二次侧开关灵活调控零序电压，主动抑制故障相电压至0，实现接地故障可靠消弧。进一步提出基于线电压组合调控的配电网单相接地故障类型及馈线辨识方法，分析注入变压器变比改变前后注入电流、零序电压及各馈线零序电流变化特征，构建了基于相角差及导纳比的接地故障类型及馈线双重辨识判据，实现接地故障类型及故障馈线灵敏辨识。在PSCAD/EMTDC仿真环境中对所提方法进行验证，仿真结果表明该方法能够有效抑制接地故障电弧，并实现接地故障类型及馈线的主动灵敏准确辨识，提升配电网安全可靠运行能力。

高比例新能源的接入对系统的稳定性提出了挑战，针对采用异步联网的直流送端系统，研究其在高新能源占比下保障直流通道的大容量稳定外送具有重要意义。引入系统电压与频率支撑能力，以最大化系统外送能力与新能源消纳能力、最小化电压支撑能力失衡度为优化目标，建立了基于送端系统支撑能力调整的直流外送能力优化模型。将模型求解分为主、子两个问题，采用基于改进多目标粒子群算法的IMOPSO-PSD联合优化仿真算法对模型进行求解，通过变异系数法在计及电压支撑能力失衡度的基础上筛选出最优运行方式。最后，以高新能源占比的IEEE 39节点异步直流送端电网为例验证了所提方法的有效性。

针对输电线路故障检测中存在的小目标、漏检和图像分辨率低等问题，提出了一种基于多尺度特征融合的输电线路故障检测算法。为了获得不同尺度的输入特征，首先将图像输入给预先训练的共享残差网络。然后，利用特征融合注意力机制来学习不同尺度下的显著特征，整合大尺度特征图上的详细信息和小尺度特征图上的场景信息。此外，受语义分割中密集空间金字塔池的启发，构建多尺度特征融合密集金字塔，进一步提高特征提取的能力。最后，利用尺度不变误差损失来预测对数空间中的深度映射。在输电线路故障检测数据集上的实验数据表明，所提方法具有较高的检测准确度，平均精度均值（mean average precision，mAP）评分达到97.50 %，检测速度可达56帧/s，具有较高的鲁棒性和准确性，为输电线路故障的智能监测提供有效的解决方案。

配电网中灵活性资源与分布式光伏的协同运行调度对提升分布式可再生能源消纳水平和促进国家“双碳”目标的实现具有重要意义，然而，传统调度方法往往要求配电网的详细拓扑及线路阻抗信息，而这些模型信息在实际低压配电网中经常未知。为了克服这一挑战，提出了一种基于决策树的配电网非参运行优化方法。首先，通过无监督聚类算法从历史数据中提取拓扑状态信息，并生成“伪标签”；然后，结合运行数据训练决策树，学习运行策略与潮流约束可行性的关系，并将决策树等效转化为易于求解的混合整数线性形式，实现潮流约束的无模型非参重构；最后，算例仿真验证了该方法在网络拓扑变化、线路阻抗信息等未知条件下仍可精准地刻画潮流约束的可行域，且计算效率远高于基于模型的方法。

准确的分布式光伏超短期功率预测对于分布式光伏售电商参与电力现货市场起到重要的信息支撑作用。现有方法大多采用集群信息共享的建模方法以提升功率预测精度，然而这些方法或需依赖数据直接共享，导致严重的数据隐私问题，或仅依赖模型交互共享，虽保障数据隐私性但因其共享信息量薄弱导致预测效果不佳。为此，提出了一种基于隐私保护导向与深度联邦学习的分布式光伏超短期功率预测。首先构建了基于双层信息交互的联邦学习框架，以各站间全局模型与全局特征交互的形式实现更丰富的信息共享，避免了数据直接交互以保障数据隐私。其次以注意力自编码作为本地预测模型挖掘功率时序特征并将其与全局特征耦合为时空关联特征，通过有效挖掘利用时空关联信息从而提升功率预测精度。最后以河北某地区的实际分布式光伏数据进行仿真实验证明了所提方法的有效性。

风电场接入电网须具备按电网调度指令输出有功功率的能力。由于大幅削减了电力电子设备并采用恒压频比控制运行原理，动态低频风电系统在深远海发展前景下更具经济性和可靠性。为解决该系统在接入电网时只具备最大功率跟踪能力而无法按电网调度指令输出有功功率的问题，提出了一种优先机群主动升速的集中变频风电场调度指令有功功率控制方法。通过协调变频和变桨解决控制模式切换中出现的问题，综合考虑动态低频风电系统利用集中输电频率的运行控制特性，设计了平衡机组转速和减少桨距角动作的风电场有功功率分配方法。最后，通过PSCAD仿真模型验证了所提方法的正确性和有效性。算例结果表明，所提的有功功率控制方法能使动态低频风电场输出有功功率有效跟踪电网调度指令，同时能存储更多动能，有利于提高风电场控制水平。

随着储能与共享经济的进一步发展，共享储能运营模式开始被发掘与关注。针对现有储能单场景投资运行回报周期长、利用效率低等问题，提出了一种主要考虑共享储能运营商、电网以及用户3个主体参与的共享储能投资及运营模式。首先，研究分析了3方参与的运营模式，并建立了共享储能运营商、电网及用户的净收益模型。其次，在保证电网和用户一定盈利条件下，以共享储能运营商收益最大为目标进行求解，通过二次拟合、M包络、T包络法处理为混合整数凸优化模型。然后，为激励用户参与用储，基于改进的Shapley值法实现用户间的部分电网延缓效益分配。最后，以某地区3个用户进行算例仿真，应用Gurobi工具包决策共享储能运营商的投资运行方案与服务定价，验证了该投资运营模式的有效性。