代表成果一：三相串聯(lián)直流落點的拓撲及控制。針對換流器開關器件數(shù)目多成本高的問題，提出了三相串聯(lián)拓撲的概念及其通用型控制保護策略，降低了換流站的造價并實現(xiàn)了其在交流故障下的安全穩(wěn)定運行。

為了提高點對點的兩端傳統(tǒng)直流輸電的靈活性，需要在直流線路中間增設落點。然而無論落點容量多少，落點必須承受整個系統(tǒng)直流電壓，從而造成落點造價過高。本研究方向首創(chuàng)性提出了三相串聯(lián)直流落點的概念，在承受相同直流電壓的情況下，開關器件數(shù)目最多可以減少為常規(guī)落點的三個之一，顯著降低了直流落點的造價，提高了傳統(tǒng)點對點直流輸電的靈活性。

三相串聯(lián)直流落點需要具備在不對稱交流電壓下短時運行的能力。為此，本研究方向提出了保證三相串聯(lián)直流落點在交流故障下穩(wěn)定運行的控制方法，其核心是通過平衡交流側輸入有功功率實現(xiàn)交流故障下的直流側電壓平衡。該控制策略保證了發(fā)生交流故障后三相串聯(lián)直流落點的各單相換流器直流側電壓始終相等，避免某相因承受過電壓而損壞，該控制策略與具體拓撲無關，適用于所有的三相串流結構，是一種通用控制策略。

該成果發(fā)表在IEEE Transactions on Power Delivery上，Google Scholar引用62次，SCI他引34次。IEEE Fellow、巴西UPGC大學教授Cursino B. Jacobina認為“通過三相串聯(lián)和改進變壓器接線，該結構可以大幅減少換流器開關器件的數(shù)目”。印度理工大學連續(xù)引用本研究成果，通過改進了單相換流器結構，提出了一系列緊湊型三相串聯(lián)換流器拓撲。諾丁漢大學在本研究成果基礎上，通過改進電路中的能量分布，進一步降低了開關器件數(shù)目。里斯本大學創(chuàng)新性地將該結構用于感應電機驅動。IIT、西安交通大學和清華大學等分別在本研究成果基礎上提出了一系列改進結構和控制方法。

代表成果二：MMC換流站的非線性控制和故障后控制方法。針對MMC內部耦合復雜，控制動態(tài)性能不理想的問題，提出了換流站的工作域穩(wěn)定控制和基于反饋線性化非線性控制方法，實現(xiàn)了考慮各種約束的換流站自主控制，得到了比傳統(tǒng)PI控制更加優(yōu)越的動態(tài)性能。

現(xiàn)有MMC換流站控制主要采用電流內外環(huán)控制，通過電流內環(huán)實現(xiàn)有功和無功電流的解耦，但電流內環(huán)的設計是基于傳統(tǒng)兩電平電壓源換流器。MMC換流器內部狀態(tài)變量耦合關系比兩電平電壓源換流器復雜的多，現(xiàn)有的電流內環(huán)設計并不能實現(xiàn)MMC有功和無功電流的完全解耦，動態(tài)性能并不理想。為此，首次提出了基于狀態(tài)反饋線性化的MMC非線性控制方法，該方法考慮了MMC內部諧波的耦合關系，提出了基頻電流和二倍頻電流的非線性反饋律，設計了適用于定直流電壓控制和定功率控制的總體控制，并基于穩(wěn)定性分析給出了控制參數(shù)的選取方法，實現(xiàn)了有功和無功電流近乎完全解耦，獲得了比常規(guī)控制更優(yōu)越的動態(tài)性能和更好的穩(wěn)定性。

如果發(fā)生交流故障，MMC需要在不對稱交流電壓下盡量維持運行以減小對系統(tǒng)的擾動，但是此刻MMC內部電壓電流等電氣量可能越限，危害MMC的安全穩(wěn)定運行。為此，提出了一種MMC的故障后控制方法，以保證MMC交流故障后始終運行在安全范圍內。該方法將橋臂電流、模塊電容電壓等各種電氣量約束作為輸入，各種約束通過模塊化方式接入控制回路，一旦MMC的參考工作點超出各種電氣量約束確定的實際可運行區(qū)域，參考工作點將轉移到實際運行區(qū)域的邊界，參考工作點移動的距離由控制器自動給出。該控制方法可以保證MMC換流器故障前后始終運行在安全工作域內，避免發(fā)生各種電氣量越限，同時可以最大化利用MMC的可控容量傳輸功率，實現(xiàn)MMC換流器的安全穩(wěn)定運行。

在該方向以第一/通訊作者發(fā)表SCI期刊論文4篇，Google Scholar引用85次，SCI他引47次。IEEE Fellow、奧爾堡大學陳哲教授以及賓夕法尼亞州立大學、理海大學、河海大學等借鑒提出的非線性控制并將其進一步應用于弱電網、LCL濾波、風電場等場景。審稿專家認為提出的故障后控制方法“具有模塊化、易拓展、無需故障信息的特點，便于工程實際應用”。浙江大學、上海交通大學和IIT等在各自研究成果中借鑒了該控制思想。

代表成果三：柔性直流電網的小信號建模和降階理論。針對大規(guī)模柔性直流電網系統(tǒng)矩陣維數(shù)過大的問題，提出了柔性直流電網的模塊化小信號建模方法，將平衡理論應用于柔性直流電網模型的降階，為大規(guī)模柔性直流電網的仿真和穩(wěn)定性分析奠定了基礎。

現(xiàn)有針對柔性直流電網穩(wěn)定性的研究主要針對交流電壓對稱情況，但實際情況下MMC換流站很可能因為擾動而工作在交流電壓不對稱情況下，此時MMC的動態(tài)特性與交流電壓對稱情況下完全不同，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會發(fā)生顯著變化。為此，首先提出了MMC不對稱交流電壓下的通用小信號模型，該模型考慮了各次諧波正負序分量的復雜耦合關系；然后基于頻率依賴多pi線路模型，首次提出了考慮線路分布參數(shù)頻變特性的直流線路小信號模型；首次提出了MMC換流站二倍頻零序電流在直流網絡中的同步方法，建立了直流電網的模塊化、高精度小信號模型。該模型在小擾動下的動態(tài)響應特性與真實系統(tǒng)完全一致，可以精確預測不同工況下整個直流電網的穩(wěn)定性，為柔性直流電網穩(wěn)定性分析提供了通用開放的計算分析平臺。

目前，在對MMC換流站進行穩(wěn)定性分析時，一般采用MMC的平均值數(shù)學模型，該模型考慮了模塊電容電壓波動，使系統(tǒng)的動態(tài)特性更為精確，但同時其小信號模型階數(shù)更高，尤其是隨著直流網絡中換流站數(shù)量的增加，直流系統(tǒng)狀態(tài)變量迅速增加，系統(tǒng)狀態(tài)矩陣維數(shù)過大，造成整個系統(tǒng)的實時計算負擔增大甚至無法計算。為此，首次提出了基于平衡理論和Hankle奇異值降階思想的MMC小信號模型通用降階方法，建立了不同控制方式下的MMC換流站的降階小信號模型；根據不同的研究目標，建立了直流電網的分布式降階模型和整體式降階模型，分布式模型保留了直流電網直流側狀態(tài)變量，因而保留了直流側動態(tài)，而整體式模型保留階數(shù)更少，效率更高；提出了直流電網降階模型保留階數(shù)的確定依據，時域動態(tài)響應、奇異值最大絕對誤差和奇異值的頻率響應共同決定最小階數(shù)，但奇異值絕對值誤差太大可能會導致降階模型產生明顯誤差，奇異值的最大絕對值誤差建議值為-45 dB。以含4個MMC換流站和5條線路的直流電網為例，系統(tǒng)階數(shù)最多可以從436階降到32階，大大降低了系統(tǒng)的仿真和計算負擔。同時，直流電網的降階模型具有與全階模型幾乎相同的時域動態(tài)響應，而且可以準確預測系統(tǒng)特征值。本成果為大規(guī)模柔性直流電網的穩(wěn)定性分析計算和動態(tài)仿真奠定了理論基礎。

在該方向以第一作者發(fā)表SCI期刊論文2篇，Google Scholar引用65次，SCI他引41次。直流電網的降階方法被奧爾堡大學、哈爾濱工業(yè)大學、ABB等國內外研究機構廣泛引用，IEEE Fellow、南洋理工大學教授Josep Pou教授和魯汶大學Jef Beerten教授一致評價該方法降低了系統(tǒng)階數(shù)，可以顯著提高系統(tǒng)仿真和分析的效率。