代表成果一：三相串联直流落点的拓扑及控制。针对换流器开关器件数目多成本高的问题，提出了三相串联拓扑的概念及其通用型控制保护策略，降低了换流站的造价并实现了其在交流故障下的安全稳定运行。

为了提高点对点的两端传统直流输电的灵活性，需要在直流线路中间增设落点。然而无论落点容量多少，落点必须承受整个系统直流电压，从而造成落点造价过高。本研究方向首创性提出了三相串联直流落点的概念，在承受相同直流电压的情况下，开关器件数目最多可以减少为常规落点的三个之一，显著降低了直流落点的造价，提高了传统点对点直流输电的灵活性。

三相串联直流落点需要具备在不对称交流电压下短时运行的能力。为此，本研究方向提出了保证三相串联直流落点在交流故障下稳定运行的控制方法，其核心是通过平衡交流侧输入有功功率实现交流故障下的直流侧电压平衡。该控制策略保证了发生交流故障后三相串联直流落点的各单相换流器直流侧电压始终相等，避免某相因承受过电压而损坏，该控制策略与具体拓扑无关，适用于所有的三相串流结构，是一种通用控制策略。

该成果发表在IEEE Transactions on Power Delivery上，Google Scholar引用62次，SCI他引34次。IEEE Fellow、巴西UPGC大学教授Cursino B. Jacobina认为“通过三相串联和改进变压器接线，该结构可以大幅减少换流器开关器件的数目”。印度理工大学连续引用本研究成果，通过改进了单相换流器结构，提出了一系列紧凑型三相串联换流器拓扑。诺丁汉大学在本研究成果基础上，通过改进电路中的能量分布，进一步降低了开关器件数目。里斯本大学创新性地将该结构用于感应电机驱动。IIT、西安交通大学和清华大学等分别在本研究成果基础上提出了一系列改进结构和控制方法。

代表成果二：MMC换流站的非线性控制和故障后控制方法。针对MMC内部耦合复杂，控制动态性能不理想的问题，提出了换流站的工作域稳定控制和基于反馈线性化非线性控制方法，实现了考虑各种约束的换流站自主控制，得到了比传统PI控制更加优越的动态性能。

现有MMC换流站控制主要采用电流内外环控制，通过电流内环实现有功和无功电流的解耦，但电流内环的设计是基于传统两电平电压源换流器。MMC换流器内部状态变量耦合关系比两电平电压源换流器复杂的多，现有的电流内环设计并不能实现MMC有功和无功电流的完全解耦，动态性能并不理想。为此，首次提出了基于状态反馈线性化的MMC非线性控制方法，该方法考虑了MMC内部谐波的耦合关系，提出了基频电流和二倍频电流的非线性反馈律，设计了适用于定直流电压控制和定功率控制的总体控制，并基于稳定性分析给出了控制参数的选取方法，实现了有功和无功电流近乎完全解耦，获得了比常规控制更优越的动态性能和更好的稳定性。

如果发生交流故障，MMC需要在不对称交流电压下尽量维持运行以减小对系统的扰动，但是此刻MMC内部电压电流等电气量可能越限，危害MMC的安全稳定运行。为此，提出了一种MMC的故障后控制方法，以保证MMC交流故障后始终运行在安全范围内。该方法将桥臂电流、模块电容电压等各种电气量约束作为输入，各种约束通过模块化方式接入控制回路，一旦MMC的参考工作点超出各种电气量约束确定的实际可运行区域，参考工作点将转移到实际运行区域的边界，参考工作点移动的距离由控制器自动给出。该控制方法可以保证MMC换流器故障前后始终运行在安全工作域内，避免发生各种电气量越限，同时可以最大化利用MMC的可控容量传输功率，实现MMC换流器的安全稳定运行。

在该方向以第一/通讯作者发表SCI期刊论文4篇，Google Scholar引用85次，SCI他引47次。IEEE Fellow、奥尔堡大学陈哲教授以及宾夕法尼亚州立大学、理海大学、河海大学等借鉴提出的非线性控制并将其进一步应用于弱电网、LCL滤波、风电场等场景。审稿专家认为提出的故障后控制方法“具有模块化、易拓展、无需故障信息的特点，便于工程实际应用”。浙江大学、上海交通大学和IIT等在各自研究成果中借鉴了该控制思想。

代表成果三：柔性直流电网的小信号建模和降阶理论。针对大规模柔性直流电网系统矩阵维数过大的问题，提出了柔性直流电网的模块化小信号建模方法，将平衡理论应用于柔性直流电网模型的降阶，为大规模柔性直流电网的仿真和稳定性分析奠定了基础。

现有针对柔性直流电网稳定性的研究主要针对交流电压对称情况，但实际情况下MMC换流站很可能因为扰动而工作在交流电压不对称情况下，此时MMC的动态特性与交流电压对称情况下完全不同，整个系统的稳定性也会发生显著变化。为此，首先提出了MMC不对称交流电压下的通用小信号模型，该模型考虑了各次谐波正负序分量的复杂耦合关系；然后基于频率依赖多pi线路模型，首次提出了考虑线路分布参数频变特性的直流线路小信号模型；首次提出了MMC换流站二倍频零序电流在直流网络中的同步方法，建立了直流电网的模块化、高精度小信号模型。该模型在小扰动下的动态响应特性与真实系统完全一致，可以精确预测不同工况下整个直流电网的稳定性，为柔性直流电网稳定性分析提供了通用开放的计算分析平台。

目前，在对MMC换流站进行稳定性分析时，一般采用MMC的平均值数学模型，该模型考虑了模块电容电压波动，使系统的动态特性更为精确，但同时其小信号模型阶数更高，尤其是随着直流网络中换流站数量的增加，直流系统状态变量迅速增加，系统状态矩阵维数过大，造成整个系统的实时计算负担增大甚至无法计算。为此，首次提出了基于平衡理论和Hankle奇异值降阶思想的MMC小信号模型通用降阶方法，建立了不同控制方式下的MMC换流站的降阶小信号模型；根据不同的研究目标，建立了直流电网的分布式降阶模型和整体式降阶模型，分布式模型保留了直流电网直流侧状态变量，因而保留了直流侧动态，而整体式模型保留阶数更少，效率更高；提出了直流电网降阶模型保留阶数的确定依据，时域动态响应、奇异值最大绝对误差和奇异值的频率响应共同决定最小阶数，但奇异值绝对值误差太大可能会导致降阶模型产生明显误差，奇异值的最大绝对值误差建议值为-45 dB。以含4个MMC换流站和5条线路的直流电网为例，系统阶数最多可以从436阶降到32阶，大大降低了系统的仿真和计算负担。同时，直流电网的降阶模型具有与全阶模型几乎相同的时域动态响应，而且可以准确预测系统特征值。本成果为大规模柔性直流电网的稳定性分析计算和动态仿真奠定了理论基础。

在该方向以第一作者发表SCI期刊论文2篇，Google Scholar引用65次，SCI他引41次。直流电网的降阶方法被奥尔堡大学、哈尔滨工业大学、ABB等国内外研究机构广泛引用，IEEE Fellow、南洋理工大学教授Josep Pou教授和鲁汶大学Jef Beerten教授一致评价该方法降低了系统阶数，可以显著提高系统仿真和分析的效率。