在当前我国特高压交直流混联电网具有“强直弱交”和电力电子化特征的双碳背景下，为有效降低电网大面积停电风险，有必要构建安全可靠的电网安全综合防御系统，确保我国电力系统安全稳定运行。在我国已有的传统三道防线基础上，确定了适应我国电网在双碳背景下的特高压交直流电网安全防御系统应具有的目标和设计原则，设计了特高压交直流电网安全防御系统的总体架构、主要功能和具体的配置方案。

传统超高速永磁同步电机驱动器采用PWM等效正弦电压输出，谐波较大，导致电机发热严重，并且其无法用于燃料电池等输入电压大范围变化的场合。为减少电机发热量，进一步拓展其应用场景，提出了一种基于三相DC/DC变换器的新型正弦波电压输出逆变器，通过建立逆变器的控制策略的数学模型，驱动了一台120 kr/min的超高速永磁同步电机。实验结果表明，三相正弦波电压输出逆变器输出电压谐波低于传统逆变器，在高转速工况下减少了电机发热量，具有实际工程应用价值。

原边反馈式变换器不借助副边绕组检测误差信号，能够稳定输出电压，提高设备使用寿命。通过采用有源滤波拓扑和原边反馈优化策略，基于电压采样电流补偿型有源滤波拓扑，从插入损耗和等效电路分析了有源滤波拓扑的性能。通过阐述原边反馈采样膝点电压的机理，对断续电流模式（DCM）下的变换器进行了小信号建模，针对补偿网络进行了优化设计，保证了环路的稳定性。仿真和实验结果表明，有源EMI滤波拓扑能够有效代替传统滤波方式，且原边反馈方法能够检测输出电压波动值并进行校正，实现了电压稳定输出。

VPX电源标准是目前国际上兼容性最好的军用嵌入式计算机规范，其模块可为机箱中的多个不同功能模块稳定供电。因此设计了一种基于VITA46以及VITA62标准的VPX电源板卡。主要介绍了6U结构电源板卡的设计架构、思路以及所实现的功能，分析了硬件保护、缓启、采集以及DCDC模块电源的电路特性，阐述了软件工作模式、管理流程以及外部结构的设计方式，并通过Maxwell热仿真分析了高温环境下板卡的工作状态，最后通过试验测试了板卡上电时序的稳定性与可靠性，以及带载下负载稳定度与电压稳定度。通过软硬件的研发，所提设计在自主化硬件设计、软件适配等方面积累了一定的经验。

针对有源中点钳位五电平（ANPC-5L）逆变器在g-h坐标系的空间矢量脉宽（SVPWM）算法下的悬浮电容电压和直流电容中点电压发散问题，提出了一种建立边沿触发脉冲控制开关状态时间的方法，降低悬浮电容电压波动，减小直流侧电容电压偏移。通过悬浮电容电流波动导致悬浮电容电压偏移的原理，依据不同开关状态下输出相同的电平，且不同开关状态导致悬浮电容电流方向相反的原理，在一个完整周期内，使得悬浮电容电流相互抵消，降低悬浮电容电压波动。建立一种主动功率流动模型，通过减小悬浮电容电压波动来实现直流侧电容中点电压的平衡。最后，通过搭建仿真平台，对比应用所提方法前后ANPC-5L的电容电压平衡情况，使方法的有效性得到验证。

基于磁耦合谐振式技术原理，采用一种双边LCC拓扑补偿网络参数设计方法。首先对双边LCC拓扑主电路数学模型进行分析，设定线圈自感与串联补偿电感的电感比值。然后通过编写M文件和搭建Simulink仿真平台，根据电感比值与效率之间的关系，找到最优效率点。最后搭建全SiC MOSFET器件系统实验平台进行验证。实验结果表明，通过设置合适的电感比值，在满功率偏移范围内，耦合机构效率能够保持在95%左右，系统最大效率大于92.5%，证明了该补偿网络参数设计方法是有效的。

针对大规模电动汽车充电负荷对配电网产生的不利影响，基于车辆到电网（V2G）技术，提出了结合非支配排序遗传算法和全局目标的局部优化算法的V2G无功调度策略。上层架构是基于非支配排序遗传算法的电动车有序充电策略，进行以负荷均方差、充电成本和电压偏移率为目标的用户开始充电时间分布的标准差的寻优，得到满足用户需求的开始充电参数；下层架构是全局目标的局部优化算法，对可提供无功补偿的车辆，进行以电压偏移率为目标的无功补偿量的寻优。最后以IEEE100节点系统为例进行仿真，发现该方法能为充电站的经营者提供更佳的负载峰谷差率、充电成本、电压质量等多种充电方式，分层的调度策略与单层调度策略相比，能更好地保障电网的安全性和经济性。

为解决新能源电解水制氢微电网系统中投资成本高、电解槽运行效率低、功率输入波动大等问题，以微电网设备安装成本以及由负荷缺氢率和弃电率组成的系统综合优化指标为目标函数，提出风光制氢容量配置方案，并根据电解槽效率特性曲线制定最大制氢效率的功率调控方法。根据风光发电功率波动情况选择蓄电池为电解槽补充电能，编写基于精英非支配排序遗传算法求解系统中各设备的容量配置，利用多目标粒子群优化算法进行电解槽最大效率功率调控。对比风光互补制氢方案，该容量配置模型可在安装成本接近的条件下达到更低的综合优化指标，功率调控后系统平均电解槽输入功率波动率与电解槽效率分别下降了58.37%与37.54%，显著改善了系统稳定性，提高了能源利用率。

为提升新能源场站配套储能设施的经济性和灵活性，以及提高大规模新能源场站向大用户直供电的稳定性和并网友好性，提出了发电侧混合储能的两阶段鲁棒配置与优化运行策略。第一阶段基于需求功率信号的经验模态和希尔伯特-黄变换分解，考虑储能投资成本和新能源场站供能与并网需求，构建鲁棒配置模型。第二阶段在第一阶段优化配置方案的基础上，以降低净负荷波动为目标构建优化运行模型，满足场站供能和并网需求。通过某省实际风电场和负荷数据的算例分析，验证了所提模型的竞争性和有效性，为新能源场站与储能的协同发展提供了技术支持和决策参考。

不平衡电网电压会影响风能转换系统（WECS）的正常并网运行，导致系统输出功率的波动以及输出电流的畸变。此外，在实际的永磁同步风电系统中可能会由于环境温度的变化以及检测误差等原因使得网侧电路参数存在不确定性的问题，如果参数发生改变，传统控制方法的性能将会下降。基于此，提出了一种基于灰色预测的无模型自适应控制（MFAC）方案，以缓解因电路参数不确定性导致的性能下降问题，使控制系统具有更好的抗干扰能力。此外，采用三种独立的控制方法来解决不平衡电网电压下并网输出功率的波动及电流畸变问题。仿真对比结果表明，所提控制策略不仅在电路标称参数下具有良好的静态和动态性能，而且当网侧电感参数变化时，系统的鲁棒性也得到提高，验证了所提方案的优越性。

针对高压直流系统故障时引起送端风电场暂态过电压问题，分析了直流故障对送端暂态电压变化的影响机理，发现故障后交流系统无功盈余是造成电压骤升的根本原因。提出了一种基于分布式调相机和双馈风机（DFIG）无功电压协调控制策略，在风电场并网母线处配置新能源分布式调相机，利用其独特的无功调节特性稳定风电场并网电压，提高风电场的低压或高压穿越能力；在直流系统发生换相失败和直流闭锁严重故障时，DFIG通过改变网侧和转子侧变流器无功参考参与系统无功调节，配合分布式调相机改善故障期间系统电压，并在故障后稳态期间控制DFIG风电场退出无功调节，确保故障恢复后风电场的经济运行。通过PSCAD软件仿真结果表明：在系统发生换相失败和直流闭锁故障后，提出的无功协调控制策略可有效抑制故障后风电场暂态电压变化，提升了风机运行可靠性和经济性。

开关柜多源监测数据包含丰富的设备运行状态信息，对其进行分析可实现开关柜故障诊断。提出一种基于SMOTE-SSA-CNN的开关柜故障诊断方法。首先，以开关柜电压、电流和温湿度等监测数据为基础，采用合成少数类样本过采样技术（SMOTE）算法对原始数据集进行样本扩充，解决原始数据集中正负样本严重失衡的问题；然后引入麻雀搜索算法（SSA）对卷积神经网络（CNN）的卷积核大小与数量、全连接层神经元数量、学习率等超参数进行优化，提高模型故障诊断结果的准确率；最后，通过算例分析对建立的SMOTE-SSA-CNN模型性能进行评估，验证了所提方法对开关柜故障诊断的有效性，且与传统故障诊断方法相比，所提方法的收敛性较好，精度较高。

对四象限整流器主电路故障以及相应的影响进行分析和总结，重点针对中间直流环节预充电过程中的电压和电流参数方程进行分析，提出变流器输入电流和中间直流环节电压的估算方法。将估算参数与实际检测结果进行对比，利用不同故障点在预充电过程的表现可以进行相应的故障诊断。通过仿真和试验对不同故障点的工况进行模拟和分析，结果表明提出的故障诊断方法有效可行。