绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)在风电风场、轨道交通和柔性直流输电等众多领域已有广泛的使用，其可靠性对于这些领域的安全稳定运行至关重要。因此，构建精确的IGBT模块寿命评估模型，明晰IGBT劣化机理，研究有效的结温监测方法对剩余服役寿命预测和系统稳定性具有重要意义。首先，探讨IGBT模块的机理和主要故障模式异同点。其次，根据IGBT命评估主要流程，介绍几种常见的结温监测技术，探讨内部结温监测的挑战，概述结温监测方法，并阐述常用的基于模型和基于数据两种寿命评估技术。最后，对目前研究中存在的不足，结合当下的IGBT寿命评估研究现状，讨论了IGBT模块寿命评估方法发展趋势。

变压器绕组在短路电流冲击下产生的剧烈振动是导致设备机械损伤的关键因素，准确计算绕组振动行为对于变压器状态评估具有重要意义。本文提出了一种计及绕组轴向耦合效应的变压器暂态振动模型。研究结果表明：由于垫块厚度差异导致预紧力分配不均，高、低压绕组实际预紧力相较于设计标准分别存在约5.6%与7%的偏差，相较于独立计算振动模型，双绕组耦合振动模型高低压绕组振动幅值计算结果分别变化9.5%与-8.7%，垫块动态压缩应力变化4.9%与-4.5%，耦合模型考虑了预紧力分配不均与动态振动不平衡两类影响因素，随着预紧力的降低，绕组振动幅值及垫块动态压缩应力均呈增加趋势，随着振动不平衡度的增加，与独立振动模型计算结果偏差逐渐增大。综上所述，本文研究可为绕组振动特性分析提供更为精确的计算方法，具有重要的工程应用价值。

油浸式变压器内部电弧放电极易引起燃爆事故。检测电弧放电时的光学信号具有速度快、抗干扰性强等优势，有助于提高变压器内部放电故障的识别速度与准确度。本文以典型S13-M400/10-0.4三相油浸式配电变压器为研究对象，建立了变压器光学传播特性仿真模型，研究了光信号在变压器内部的传播特性，提出了基于油中工频电弧光传播特性的光学传感器布置方法。研究结果表明：油箱各壁面上的辐照度分布中，以最接近光源的直射面辐照度最高，可达160 W/m2，传感器在顶盖与油箱底部环形布置，在油箱正面、侧面根据传感器类型，需尽可能覆盖在绕组在该面上的投影区域，或布置于投影区域的正中心，以获取最佳的检测效果。

“双碳”目标下，农场供电面临可再生能源并网与电动农机充电双重挑战。本文构建了两个优化模型以实现农场电动化与配电系统的协同规划。首先，针对电动农机充电负荷与充电桩配置问题，提出基于作业季节性的蒙特卡洛模拟方法生成电动农机充电负荷曲线。建立充电桩类型与数量配置模型，采用大M法对占用约束进行线性化处理以实现充电的优化调度，确定交直流充电桩的最优配置数量。其次，针对农场配电网规划，建立计及可再生能源出力与充电负荷的双层优化模型，上层以最小化年规划费用为目标优化充电站与线路布局，下层以运行成本最低为目标优化农机充电调度与生物质能出力分配。结果表明，该方法提升了系统规划经济性，为农场电气化建设提供了依据。

局部放电是变压器绝缘故障的早期表征，特高频检测法虽具有高灵敏度和强抗干扰能力，但受限于传感器安装位置与方式，这限制了其在变压器局部放电检测中的应用。为此，本文提出一种基于铁心接地电流特高频信号测量的局部放电检测方法。通过电磁仿真计算特高频信号在变压器内部的传播与传导特性，分析了铁心特高频自感知方法的可行性，并确定391~600 MHz、1.34~1.6 GHz、2.2~2.77 GHz三个频段可作为有效检测频带。进一步设计信号提取装置，开展不同缺陷条件下的对比试验，与传统特高频法及脉冲电流法进行比较。结果表明，结合实际应用中局部放电电磁波的主要辐射频带，铁心接地电流在391~600 MHz频段内携带有效的局部放电特高频信号；本文方法与传统特高频检测结果具有良好一致性，信号幅值线性相关系数达0.89，PRPD谱图相似度超过0.95；此外，该方法无需额外内置传感器，安装简便，且抗干扰性能优异，满足在运变压器局部放电在线检测的实际需求。

针对大规模深远海风电集中接入对沿海电网承载能力提出较高要求，以及远距离送出过程中风电出力波动易影响受端功率稳定的问题，本文提出一种集成多能源的海陆四端柔直并网系统及控制策略。该系统通过四端柔性直流网络将深远海风电、陆上多能源集成站和内陆电网互联，实现深远海风电远距离送出与陆上多能源协同补偿。结合近海风电、光伏、核电和抽水蓄能的出力特性，构建面向恒功率外送的风光核储容量配置方法，以明确陆上能源集成站的运行边界。在此基础上，基于混合型MMC的三维度控制架构，提出一种不依赖高速通信、利用直流电流偏差主动补偿深远海风电出力波动的附加外环控制策略，并针对不同类型直流故障设计相应的故障穿越策略。最后，在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台搭建四端柔性直流并网系统模型，验证所提拓扑结构、控制策略及直流故障穿越策略的有效性和可行性。

为提高双轮腿机器人在崎岖地形下的通行能力，本文设计了一种基于自适应超螺旋滑模控制（Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Control，ASTSMC）的行进策略。针对双轮腿机器人的双输入多输出特性，设计双滑模面以实现对系统的协调控制。引入一种基于姿态偏差的等效自适应增益机制，在提高崎岖地形通行能力的同时，有效降低了传统超螺旋滑模控制在实际应用中的抖振问题。通过李雅普诺夫稳定性定理证明了所提方法的稳定性，确保了控制策略的理论可靠。实验结果表明，相较于线性二次调节器（LQR），所提方法能显著降低在崎岖路面行进时的姿态角波动，并有效抑制了采用超螺旋滑模控制（STSMC）的抖振，证明了方法的有效性与优越性。

换流阀的容量配置直接影响高压直流输电系统的可靠性与经济性，为应对多馈入系统中因送端需求差异导致的容量冗余问题，本文以CLCC为对象，进行损耗建模与容量配置优化研究。首先，建立了CLCC的统一损耗计算模型，并通过仿真验证准确性；在此基础上，构建了以容量配置为核心、计及多种约束的强非线性优化模型。进一步采用遗传算法进行全局参数调优，有效协调了冗余配置与运行性能之间的耦合关系。结果表明，该研究可显著降低系统损耗，有效提升设备利用率和运行经济性，为CLCC工程应用中的容量优化设计提供了理论依据。

面对新能源输出不确定性及极端气象事件等外部扰动时，局部薄弱电网极易出现大范围负荷损失乃至系统崩溃的情况。以电化学储能、氢储能电站和移动储能车为代表的多元储能资源，能在多时间尺度和多空间范围内调节局部薄弱电网的电力电量平衡。本文首先建立了计及源网荷储各侧的局部薄弱电网功率约束集，提出了多元储能的通用模型。其次，对极端天气扰动下的局部薄弱电网进行薄弱节点辨识，提高固定资源配置的针对性。进而，考虑电网运行的经济成本，构建固定式储能资源和移动式储能资源的协同规划模型，并采用分步求解的方法，针对两类储能资源分别采用粒子群优化算法和列与约束生成算法进行求解，得到面向局部薄弱电网的多元储能资源的协同配置方案。最后，基于改进的IEEE RTS 79系统，验证了所提方案在降低局部薄弱电网失负荷风险的有效性。

转子表贴磁钢脱落或解体故障是超高速永磁电机面临的核心挑战之一，采用碳纤维缠绕护套施加预应力保障转子完整性是提高超高速电机的运行可靠的关键手段。为满足超高速应用对护套可靠性与紧凑性日益提高的要求，本文综合考虑了转子变形与碳纤维层间作用影响，提出了缠绕式护套的收敛预应力计算模型。分析了不同工况下转子所需的最小预应力，并分析了收敛预应力与剩余缠绕张力的迭代过程和不同设计参数下的预应力，以满足工况下转子可靠和护套设计参数最优为目的提出了护套设计参数迭代流程。最后针对150 000 r/min、常温工况的转子进行护套优化设计，并额外加工了其他设计参数下的护套，搭建应变测试平台测量径向应变验证了提出的收敛预应力计算模型以及设计参数迭代流程具有良好的一致性和可行性。

金属化薄膜电容器（MFC）凭借卓越的储能特性，已在电力系统、脉冲功率、电动汽车等多个领域得到广泛应用。目前针对其薄膜在电热耦合作用下的老化特性及电荷电导机制，相关研究仍尚不明确。本文开展MFC在不同温度下的电热联合老化实验，测试不同电热耦合条件下器件的泄漏电流、电容量、介质损耗等关键性能参数，系统分析空间电荷限制电导（SCLC）、跳跃电导及Poole-Frenkel效应在不同电场与温度条件下的作用规律及主导机制。研究结果表明：当老化温度超过额定温度（85 ℃）时，泄漏电流随温度升高呈显著上升趋势；电容量衰减主要取决于自愈过程中金属电极层的清除面积；当施加电压达到额定电压的4倍时，介质损耗呈现数量级增长，等效串联电阻（ESR）同步上升；电场与温度升高导致的SCLC、跳跃电导及Poole-Frenkel效应的增强是导致MFC劣化的重要微观因素。

针对储能电池在动态工况下健康状态（SOH）估计精度低且泛化差的问题，文章提出一种动态自适应的监督对比迁移学习框架。该框架旨在解决传统微调策略的预测漂移及无监督适配带来的特征语义错配难题。首先，设计轻量化ResNet-1D骨干网络以适配小样本私有数据；其次，引入基于SOH分箱的监督对比机制，通过显式利用标签信息提取老化本质特征，消除“假阴性”干扰；最后，采用多核最大均值差异建立多尺度分布泛化边界。跨域实验表明，该方法在留一法验证中实现了均方根误差为0.68%，最大绝对误差严格控制在1.85%以内，显著优于传统微调方法的7.80%，有效消除了非保守估计风险。该方法能够有效提升储能电池SOH估计的精度与泛化能力，保障储能系统全生命周期的安全运维。

随着新能源大规模并网和电力电子设备的广泛接入，电力系统动态行为呈现出强非线性、多尺度耦合与显著时变特征，对动态轨迹的高精度、高效率计算提出了新的挑战。传统时域积分方法计算代价高、难以支持快速滚动推演，同时数据驱动模型普遍缺乏物理一致性与长时稳定约束，易产生误差累积与外推失稳问题。针对上述挑战，本文在可逆 Koopman 神经算子思想基础上，构建一种面向电力系统动态轨迹预测的改进可逆 Koopman 神经算子（Improved Invertible Koopman Neural Operator, I-IKNO）。该方法以发电机功角和角速度等有限维机电状态为建模对象，通过隐空间映射构造非线性状态的线性化表征；进一步结合电力系统暂态轨迹中的阻尼振荡特征，设计状态相关的 Koopman 演化结构，并引入高频扰动驱动分支刻画故障切换和局部快速动态对主导机电模态的影响，从而实现电力系统暂态轨迹的高精度稳定预测。最后在修改的IEEE 39节点算例中验证所提方法的有效性，结果表明所提方法在保证计算精度的同时显著提升了动态轨迹的推演效率与稳定性。

转子动偏心是大型汽轮发电机的一种最为普遍的故障类型，动偏心程度与机组振动状态存在正相关关系。本文针对汽轮发电机在运行过程中所面临的复杂功率场景，基于动偏心故障造成的磁场不对称现象，推导了主磁场和谐波磁场方位变化导致的不平衡电磁力变化规律，进一步通过有限元仿真获取了汽轮发电机不平衡电磁力在不同有功功率、无功功率状态下的分布特征。不平衡电磁力是振动的重要诱因，本文研究有助于准确预测不同功率状态下汽轮发电机振动状态和发展走势，为机组运行状态评估提供决策支持。

高比例分布式光伏接入主动配电网加剧了源荷时空错配矛盾，传统固定储能受限于安装位置，难以实现全局最优消纳。为此，本文提出一种计及移动储能时空协同的主动配电网低碳经济调度策略。首先，结合图论算法构建计及道路实际通行时间的交通路网可达性矩阵，并引入最短路径算法构建全网电气距离矩阵，精细化刻画移动储能的空间转移边界与电网拓扑调度代价；同时，综合考虑分时电价机制、配电网潮流安全及电池运行约束，构建系统日前综合运行成本最低的调度模型。其次，针对模型中移动储能“位置-功率”强耦合的逻辑非线性特征，引入0-1状态变量与大M法进行线性化重构，将原问题转化为混合整数线性规划模型并实现全局求解。最后，基于IEEE 33节点系统的对比算例表明：移动储能凭借“主动追光”与“就地支撑”的时空灵活性，有效打破了消纳的拓扑局限；与配置同等容量的固定储能相比，所提策略将光伏弃光惩罚费用降低了50.25%，系统总运行成本下降了11.33%，且平抑了主网购电峰谷差。本研究为高比例新能源配电网的源网储协同与低碳经济运行提供了有效途径。

针对高比例新能源电网惯量支撑不足的问题，研究了一种基于电磁耦合器的新型惯量飞轮系统及其控制策略。该系统以鼠笼异步电机为电磁耦合器，以此实现飞轮转子与同步电机转子的电磁耦合，由背靠背变流器控制转矩传递，使飞轮在宽转速范围内运行，同步电机恒速并网。建立了关键部件的离散化数学模型，设计了以功率跟踪和磁链控制为目标的模型预测控制策略，利用MATLAB/Simulink平台开展仿真校验，仿真结果验证了该惯量飞轮系统控制策略在有功输出工况下动态性能优越，在无功输出工况下系统稳定性强。

市域铁路供电系统因长距离电缆容性无功导致功率因数严重偏低，引发高额力调电费。为提升功率因数、降低运营成本，本文以某市域铁路S1线H合建所为案例，基于实测数据分析其无功特性，揭示了110 kV电缆是容性无功主要来源。提出了基于线损最优与分层协同的无功补偿方法：在110 kV侧增设固定并联电抗器补偿固定容性无功，在20 kV侧利用磁控电抗器进行动态补偿。建立了考虑高压侧固定设备不投切约束下的线损最优协同模型，采用遗传算法求解磁控电抗器最优出力。仿真与经济性分析结果表明，该方案使电网计量点处功率因数稳定接近1，线损显著降低，且投资回收期约3.5个月，有效提升了系统运行安全性与经济性。

针对换流变压器绕组变形难以有效在线监测与精准识别的问题，本文提出一种考虑漏磁场特征优选的基于GWO-CNN换流变绕组变形辨识方法。该方法首先在理论上分析早期变形原因，并通过动模验证漏磁场分布，进而构建具有较高可信度的换流变压器有限元模型。进一步，针对绕组早期压缩与鼓包变形典型故障下的漏磁分布特征，初步构建包含20维特征量的原始漏磁特征集。基于随机森林的递归特征消除（RF-RFE）算法对特征空间进行自适应优选，通过定量评估特征贡献度剔除冗余信息，锁定对早期变形故障最敏感的最优特征子集；在此基础上，利用灰狼算法（GWO）对卷积神经网络（CNN）超参数进行自适应寻优，建立了GWO-CNN故障诊断模型。算例分析结果表明特征优选显著提升了计算效率，模型诊断准确率高达97.62%。

准确预测绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的剩余使用寿命（RUL）是保障现代电力电子系统可靠运行的关键问题。该研究提出了一种基于一维卡尔曼滤波与双向长短期记忆网络（Bi-LSTM）的IGBT剩余使用寿命预测模型。首先，引入一维卡尔曼滤波算法对传感器采集的原始序列进行去噪与平滑处理，还原器件老化的真实物理趋势。其次，利用滑动时间窗口机制构建时序特征输入，并通过构建前向与后向两条平行计算路径的Bi-LSTM网络，实现历史累积损伤与全局时间上下文信息的深度特征融合。实验结果表明，该研究所提的Bi-LSTM模型在预测精度上表现优异，平均绝对百分比误差（MAPE）仅为0.068 6。最后，该研究结合Coffin-Mansion模型验证了该方法在IGBT寿命预测中预测的相对准确性保持在95%以上，有较高的有效性与精度。

径流式小水电短期出力精准预测，是提升清洁能源消纳水平的关键技术支撑。但是，径流式小水电出力受降雨、土壤湿度、径流演变等因素强耦合影响，呈现极强随机性与波动性。针对现有物理模型非线性刻画不足、数据驱动模型缺乏物理约束而易失真的问题，提出一种基于径流量预估与物理守恒约束的径流式小水电出力预测方法。首先，通过解析径流式小水电能量转换机理，构建了计及水力损失修正与水轮机低负荷区效率非线性衰减特性的精细化出力模型；随后，提出了基于PC-LSTM-Attention（Physically Constrained Long Short-Term Memory and Attention，PC-LSTM-Attention，物理约束-长短期记忆-注意力机制）的径流式小水电出力预测架构，引入前期降雨指数量化流域初始土壤湿润状态，挖掘产汇流过程的空间异质性与长跨度时滞效应；最后，构建了嵌入水量平衡与非负性准则的复合损失函数，并通过优化反向传播路径提升模型物理一致性与预测精度。算例验证表明，可有效捕捉小水电出力的强随机波动特征，抑制极端工况下的预测偏离，兼顾预测精度与物理合理性，为径流式小水电并网优化调度提供可靠依据。

模型预测控制凭借控制逻辑直观、多目标约束协同控制等优势，逐渐成为永磁同步电机控制领域的研究热点。针对传统的模型预测电流控制存在参数失配的问题，本文建立永磁同步电机带外源输入的自回归数据驱动模型，递归最小二乘算法计算模型中数据的系数，通过纯数据驱动的无模型预测控制克服参数失配问题；针对传统的模型预测电流控制转速环存在超调和调节时间矛盾问题，本文设计优化的预测函数转速控制器，单步预测简化其计算量后再由线性扩张状态观测器进行扰动补偿，通过改进后的预测函数转速控制器代替传统PI以克服其性能矛盾问题。将改进后的两种控制器级联，兼顾两者优势。实验结果表明，所提级联控制方案在解决参数失配、PI控制性能矛盾问题的同时，抑制了电流、转矩冲击。验证了所设计的控制策略具备有效提高系统参数鲁棒性以及稳态性能的优势。

针对偏远地区弱电网在高比例新能源接入及冲击性负荷作用下易出现电压越限与并网强度不足的问题，本文提出一种计及新能源多场站短路比（MRSCR）约束的光伏–储能协同配置双层优化方法。上层模型基于DistFlow潮流构建二阶锥规划（SOCP），以年综合成本最小为目标，对光伏储能进行高效选址定容；下层采用牛顿–拉夫逊（NR）潮流对优化结果进行精确校核，并通过割平面策略对电压约束进行迭代修正，在保证计算效率的同时提升了潮流计算精度。算例结果表明，在仅配置光伏时系统短路比易低于安全阈值，存在并网强度不足的风险；通过引入储能并进行协同配置，可在降低光伏配置规模的同时提高并网点短路比水平，从而增强系统抗扰动能力和光伏消纳能力。进一步在IEEE 39节点标准系统中开展扩展测试，结果验证了所提方法在较大规模系统中的求解可行性、计算效率和适用性。所提方法在满足电压稳定运行的基础上，通过引入MRSCR约束进一步强化了电网并网强度，为偏远地区高比例可再生能源接入条件下的光伏储能规划提供了参考。

随着智能电网的发展，配电系统逐步演化为由通信网络与物理配电网络深度耦合的信息物理配电系统（CPDS）。然而，随着大量配电设备进入老化阶段，元件老化故障已成为威胁供电可靠性的主要因素。现有可靠性研究难以同时准确刻画元件老化故障与随机故障的状态转移特性，导致老化CPDS的可靠性评估结果存在偏差。此外，现有考虑信息物理耦合的供电可靠性提升研究多侧重于故障后的被动应对，缺乏主动通过增强通信支撑实现可靠性提升的研究。为此，本文提出了一种多故障模式下基于多元电源配置的CPDS供电可靠性提升策略。首先，针对老化故障的状态转移特性，同时计及随机故障，建立三状态元件可靠性模型，以更准确刻画元件的故障风险。随后，考虑信息物理耦合特性，计及不间断电源支撑通信设备功能的作用，建立基于多元电源配置的供电可靠性提升模型，实现通过主动通信功能支撑有效降低系统期望失供电量（EENS）。最后，采用线性化技术与序贯蒙特卡洛模拟方法，将所提供电可靠性提升模型在基于IEEE 33节点修改的不同CPDS老化场景中仿真，验证了模型的有效性与优越性。

短期母线负荷预测是新型电力系统安全运行与日前现货市场出清的重要基础。相较于区域/系统等聚合负荷，母线负荷更接近节点侧运行状态，长周期趋势、日内周期与短时随机扰动在同一序列中直接叠加，表现出更显著的多时间尺度耦合特征，预测难度更大。针对上述问题，提出一种基于辛几何模态分解（Symplectic Geometry Mode Decomposition, SGMD）的短期母线负荷多时间尺度解耦与预测方法。首先，利用辛几何模态分解在保持相空间结构不变的条件下对原始负荷序列进行自适应分解，实现多时间尺度特征解耦，降低序列复杂度；随后，采用CNN-BiLSTM对各分量的局部特征与时序依赖进行联合建模，并结合注意力机制实现多分量特征的自适应加权融合，预测未来一天母线负荷曲线。实测结果表明，所提方法MAPE为4.92%，优于多种基线模型，验证了所提方法的有效性，具有良好的工程应用价值。

非侵入性神经调控技术在神经系统疾病和精神类疾病干预中展现出一定潜力，多模态联合刺激已成为该领域的前沿研究方向。为开展低强度脉冲磁场与声场的双物理因子协同神经调控研究，本文研制了一套面向小鼠动物实验的参数可调式磁场-声场联合刺激设备。该设备由上位机、控制模块、磁场模块、声音模块及4组独立隔音仓组成，可同步输出调制脉冲磁场与矩形波调制双极性声刺激信号。其中，磁场模块中的线圈采用双线并绕螺线管结构，支持真/假刺激切换，可输出重复频率1-5 Hz、载波频率20-100 Hz、幅值0-20 mT连续可调的调制脉冲磁场。系统测试结果表明，可实现磁刺激与声刺激的同步输出，硬件保护可靠、长期运行热稳定性良好。4个隔音仓可并行开展对照组、单刺激组与磁场-声场联合刺激组实验，为神经系统疾病及精神类疾病的多模态物理干预研究提供了可靠的动物实验平台。

近年来，随着如高空飞艇、无人飞行器等高空应用平台的发展，基于宽禁带器件碳化硅（SiC）MOSFET的高空逆变器对于推进系统性能的提升至关重要。SiC MOSFET在高功率密度、高可靠性的场景中具有显著优势，但在高空极端温度环境下，其开关特性发生变化，尤其是关断过程中栅源电压尖峰增大，误导通风险增加，严重影响系统可靠性。针对以上问题，本文首先开展了宽温域SiC MOSFET模型参数分析，研究器件温度敏感参数对关断瞬态的影响机制，进一步分析栅源电压VGS关断尖峰的形成机理。在此基础上，本文提出了一种基于NMOS的有源钳位驱动方法，用于抑制VGS关断尖峰并降低器件关断损耗。进行了宽温域下双脉冲测试对比仿真及实验，结果表明，采用改进方法在-80 ℃~+80 ℃仿真验证温度范围及-30 ℃ ~ +40 ℃实验验证温度范围内，均可稳定驱动器件，并可有效地将VGS关断尖峰降低至0 V以下，同时减少关断损耗。研究结果为高空极端温度环境下的SiC MOSFET驱动设计与高效、高可靠运行提供了有效途径。

本文探讨第四代太阳能热发电集热系统的高密度聚光高温吸热技术，研究吸热器采光口平均能流密度高于600 kW/m2的自适应聚光技术和工作温度800 ℃吸热器相关技术。通过对集热系统中聚光器误差分析及吸热材料和吸热器结构等核心技术等多方面探讨，提出了第四代热发电高效集热技术方案。通过优化设计，采用高聚光比、自适应光学技术可有效提高聚光器性能，满足第四代太阳能热发电系统对高效、稳定聚光的需求，颗粒吸热器可满足第四代太阳能热发电吸热温度800 ℃的要求。

风电机组一般通过下垂控制和虚拟惯量控制为电网提供暂态频率支撑。调频系数过小，支撑效果欠佳；而过大的调频系数会破坏系统的稳定性，因而刻画调频系数的运行域至关重要。首先建立了永磁直驱风机并网系统的数学模型，推导了下垂系数、功率扰动、稳态转速之间的解析关系，从而刻画了保证平衡点存在的下垂系数范围。其次，基于劳斯判据推导了风机并网系统小干扰稳定的充要条件，发现稳态转速较低时，系统仅存在不稳定平衡点，由此导出了临界稳态转速和临界下垂系数的解析表达式。根据系统小干扰稳定的代数判据，进一步建立了下垂系数和临界惯量系数的数学关系，从而提出了风机调频系数运行域的刻画方法。案例分析验证了所提调频系数运行域评估方法的准确性。

针对小电流接地方式的辐射状模块化多电平中压直流（MMC based Medium Voltage DC，MMC-MVDC）系统发生单极接地故障时健全极电压升高的问题，本文提出一种基于数据归一化的故障检测方法。通过分析不同接地方式下的暂态电流回路与极电流突变量特征，指出直接利用极电流突变量进行故障检测的局限性。运用最值归一化技术，使其实现无量纲化，在保留波形形态特征的同时有效放大故障特征差异，据此构建选线选极准则。PSCAD仿真验证，该方法仅利用1ms数据窗便能准确识别线路与母线故障，不仅耐受高过渡电阻能力强，且能良好适应负荷波动、极短线路及低采样率等复杂工况，具备显著的工程应用价值。

跟网型变流器作为新能源并网的主要设备，控制环路的耦合作用以及电网强弱会影响其同步稳定性，进而影响电网安全。为了提高弱电网下跟网型变流器的同步稳定性，本文首先基于控制环路耦合分析建立变流器的多环路耦合同步锁相模型。然后与同步机转子动力学方程类比，将模型变换为类Heffron-Phillips模型，并从等效输入转矩入手分析阻尼和同步分量对变流器同步稳定性的影响。在此基础上通过分析控制参数和线路参数对阻尼分量的影响，揭示控制耦合以及电网强弱对变流器同步稳定的影响规律，并给出控制参数的设计原则。最后给出针对等效输入转矩的相位补偿控制策略，通过削弱控制耦合对阻尼分量的影响来提升变流器的同步稳定性。仿真和实验结果验证了跟网型变流器建模分析的正确性以及相位补偿策略的有效性。

无人驾驶电动汽车是全球能源转型与智能交通革命双重战略背景下的核心融合载体，其大规模发展，引起了车、交通网、电力网从传统独立运行向深度耦合、协同优化的系统性重构。本文提出一种大规模无人驾驶电动汽车充电调度的优化方法，该方法以提升调度效率和均衡负载避免局部过载为目的，建立了车-交通网-电网耦合模型；其中为了降低寻优复杂度，本文根据负荷的时空分布提取各节点的充电桩占用率、动态电价等因素，采用改进K-means++聚类进行充电节点分群，缩减无人驾驶电动汽车的寻优空间；最后结合行驶路程、行驶耗时等因素，为用户侧推荐最优充电节点，实现了电动汽车的有序充电。结果表明，该策略在提高寻优效率，均衡负荷分布的同时有效降低了用户侧充电费用的支出，体现出该策略的有效性。

面向车网互联型多端口能量路由器，针对现有控制策略难以兼顾功率分配精度与动态响应速度的技术瓶颈，提出一种“能量管理-协调控制-快速执行”的分层协同架构。其中，上层决策系统级能量调度与模式切换，以优化全局功率分配；中层构建融合电池荷电状态的自适应电压分段机制，实现多目标动态协调；底层引入母线电压微分前馈补偿，保障指令的快速精准执行。仿真结果表明，所提方案有效克服了现有方法的固有局限，相较于常规控制策略，将强扰动恢复时间缩短90%，离网模式下，将重载工况的EV功率跟踪误差控制在1%以内，并网模式下，实现电网功率的自适应协同支撑，且全工况直流母线电压波动限制在2%以内；从而有效解耦多目标间的强耦合制约，显著提升了系统的动态鲁棒性与电能质量。

构网型控制作为实现“双碳”目标及“双高”电力系统演进的关键技术，可运用于新能源发电系统使其表现出自主惯量响应能力。惯性同步控制是构网型控制的一种，结构简洁，多见于新能源发电系统网侧换流器控制中。但在双馈风力发电系统中，惯量响应与传递的主要通道未通过网侧换流器，且现有方案仅借助转子侧换流器构网型控制特性完成对惯量的响应。因此针对构网型双馈风机的惯量传递方案还存在优化空间，惯性同步控制下直流母线电压与电网频率的映射关系为进一步改善双馈风机的惯量响应能力提供了直接可行的途径。为此，本文提出一种基于网侧惯性同步控制驱动的扰动自适应触发有功输出补偿策略，使网侧换流器与转子侧换流器协同参与惯量响应，实现双馈风机有功出力对频率扰动的快速调节。此外，在惯性同步控制中加入电流内环控制，对电流调节精度进行优化，并进一步改善直流母线电压在扰动下的动态响应。仿真结果表明，该策略可在频率扰动全过程中实现更快的惯量释放、更优的频率恢复能力以及更高的系统动态稳定性，验证了提出的方法对提升双馈风机惯量响应能力与系统稳定性方面的有效性。

基于柔性供配电方案的交流电弧炉（以下简称“柔性交流电弧炉”）作为一种新型的电弧炉技术，具有系统控制精度高与响应速度快的特点，可实现电弧功率的无级调节，这对于降低电弧炉冶炼能耗具有重要意义。然而，目前针对该类型的电弧炉负载电气特性的分析尚未形成统一有效的方法，且缺乏对其供电模式的分析与运行边界的界定。因此，本文以柔性交流电弧炉的变流器输出电压、电流为自变量，以功率等为因变量，构建负载电气运行图，并以变流器额定容量约束、预设功率因数约束为条件，建立电弧炉的功率圆图。基于此，得到了柔性交流电弧炉在两种控制模式下不同输出对应的运行工况及其稳定运行区域，揭示了不同弧长对功率分配及冶炼效率的影响规律，并通过电弧炉运行点功率需求分析，发现了电流控制模式下可以有效避免运行点漂移的风险，显著提升系统控制的精确性与可靠性。上述结果为电弧炉供电曲线的制定与供电策略的选取提供了理论基础。

双有源桥（DAB）DC-DC变换器在双向功率传输中具有重要作用，为提高其在输入输出电压不匹配工况下的运行效率，且兼顾开关管能够实现零电压开关（ZVS），需对变换器的回流功率进行优化。为此，提出一种结合ZVS的新扩展移相控制策略，以实现在全功率范围内的最小回流功率。首先通过重新定义移相比划分工作模式，通过建立回流功率模型并选取最优工作模式；之后通过结合ZVS的约束条件，得到在传输功率前段范围内基于ZVS的最小回流功率控制；而在传输功率后段通过引入求导法和Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件法对回流功率进行优化，之后对两者的优化结果进行对比分析：当变换器工作在高功率模式时，两种方案优化效果一致；当变换器工作在低功率模式时，KKT条件法对回流功率和电流应力的优化更显著。最后通过实验验证，所提策略在全功率范围内可以有效的提升变换器性能。

金属回线避雷器（metallic return arrester，简称EM避雷器）是特高压直流换流站中抑制操作过电压、吸收冲击能量的关键保护设备，其电热稳定性直接关系到系统运行的安全性。针对现有研究中对特高压EM避雷器温升特性与能量耐受能力关注不足的问题，本文建立了结合三维有限元模型与电磁暂态等效电路的分步联合仿真方法，系统分析了EM避雷器在操作过电压作用下的电压-电流响应、功率损耗分布及温升演化规律。结果表明，典型操作过电压下避雷器整体温升较低，内部电阻片最高温升集中于中部区域，两端因导体散热而温升较低。同时，在典型操作过电压作用下，电流分布不均对热场分布影响较小。通过电阻片温升试验与能量耐受试验验证了仿真结果的准确性，试验与仿真偏差不超过8%，说明本文模型能够有效评估避雷器的能量吸收与温升特性。本文研究为特高压直流系统中EM避雷器的设计优化与运行风险评估提供了理论支撑。

为应对大规模新能源并网引发的系统频率支撑能力下降、调频资源短缺及频率失稳风险增加等挑战，提升电网调频能力，亟需将新能源场站整合至现有调频体系，并优化同步机组与新能源场站在自动发电控制（AGC）中的协同运行策略。首先，建立了含火电、水电、风电与光伏电站多类型电源设备的区域互联电网频率响应模型。其次，研究了火电、水电与新能源场站的调频特性差异，进一步考虑新能源场站与常规同步发电机组的调频响应特性差异，提出了区域电网频率变化过程中AGC功率分配因子的计算方法，并在此基础上提出了功率分配因子动态更新的AGC策略。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建两区域互联电网频率动态响应模型并验证所提策略的有效性。仿真结果表明，与传统AGC功率分配方法相比，所提策略能够有效地改善电网的频率响应指标，增强区域互联电网的频率稳定性。

数字化转型是促进智能电网发展的内在要求。电力设备作为构建新型电网和能源互联网的物质基础，其数字化设计、智能运维和知识共享服务等基础研究不足，成为制约我国电力设备数字化转型和产品升级的关键。因此，针对电力设备全生命周期中重点环节，提出了基于知识复用的电力设备数字化设计及服役技术框架，阐述了数字化样机建模、仿真模型降阶、融合知识的服役状态评价模型等电力设备数字化关键技术。面向电力物联网，建立了基于公共信息模型和可扩展标记语言的电力设备数字化模型，有助于满足电力设备服役业务各环节间异构系统的交互需求，提高知识、数据、模型等信息的交互效率，能够为电力设备的数字化转型奠定基础。最后，以高压断路器为例，展示了电力设备服役诊断的数字化过程，验证了所提出电力设备数字化模型的可行性。

小区运营者通过需求侧管理策略对充电站内的电动汽车进行优化调控。然而，电动汽车充电行为与光伏出力具有不确定性，导致负荷响应可能偏离预期。此外，随着电动汽车渗透率的不断增长，变压器面临过载风险，对小区供电安全性提出更高要求。为量化不同需求侧管理策略下的运行风险，本文针对含基本负荷、电动汽车和光伏出力的小区，构建了一套基于蒙特卡洛模拟的风险评估方法。根据负荷水平与变压器容量的关系，将小区运行状态划分为安全、警戒和危险三种类别，并建立概率性和严重性两类风险评估指标，系统性评估需求侧管理对小区安全运行的影响。最后，通过算例分析验证了所提风险评估指标体系的必要性和有效性，并进一步探讨了电动汽车渗透率不断增长情况下对小区运行风险的影响，为提升小区供电安全性提供参考。

为解决传统单侧电感型双有源桥（DAB）变换器软开通范围窄、移相策略复杂的问题，本文首次对电感分裂于变压器两侧的分裂电感DAB(Split Inductor DAB, SIDAB)变换器进行了时域数学模型和零电压开通(Zero-Voltage Switching, ZVS)分析，提出了一种结合励磁电流以实现全范围ZVS的简化混合EPS(Simplified Hybrid EPS, SHEPS)控制策略。该策略在不增加计算复杂性的基础上可全范围、全功率实现所有开关管的ZVS运行。此外，为减小励磁电流带来的额外损耗，本文利用RMS电流的全局最优条件，提出了SHEPS控制策略以实现全范围ZVS运行基础上的RMS优化。最后，本文搭建了3 kW/100 kHz的高频SIDAB样机，验证了本文控制策略的有效性，显著提升了系统效率。