近日，电气与自动化工程学院杨晓东副教授依托电能高效高质转化全国重点实验室，联合华中科技大学等单位，在双极直流配电网互联设备拓扑、运行优化领域取得系列研究进展。相关研究成果分别以“Design of Flexible DC-SOP Toward Four-quadrant Power Flow Control in Bipolar Distribution Networks”和“Comprehensive Voltage Regulation for Multi-Voltage Bipolar DC Distribution Systems”为题发表在电气领域知名期刊《IEEE Transactions on Smart Grid》和《IEEE Transactions on Sustainable Energy》上。

图1构建的直流柔性软开关（DC-SOP）拓扑及结构

双极直流配电网采用正、负极对称供电结构，具备直流负荷和分布式光伏高效承载、灵活接入等优势。然而，在源-荷随机波动和多馈线并行运行条件下，极间及馈线间功率分布易出现不均，传统设备难以独立满足多维度的潮流调控需求。针对上述问题，研究团队面向双极直流配电网提出了一种直流柔性软开关（DC-SOP）拓扑结构，并引入解耦控制策略。该装置通过多端口柔性互联结构，实现正、负极及不同馈线之间功率交换的独立可控，有效避免了传统结构中端口功率相互耦合所带来的调控受限问题，从设备层面为极间与馈线间的精细化功率调节提供了有力支撑。

图2 DC-SOP四象限解耦控制框图及四象限可行域图

基于该解耦控制特性，团队进一步将DC-SOP应用于双极直流配电网的四象限潮流调控中，通过主动调节功率流向与幅值，实现功率在不同极及不同馈线之间的四象、连续传输。相较于以单向或局部调节为主的传统方式，四象限潮流调控在统一控制框架下实现了多维功率的灵活重构，显著增强了复杂运行条件下的直流配电网潮流调节能力与运行适应性，为提升直流配电网运行灵活性与稳定性提供了新的技术路径。该工作发表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工业大学为第一完成单位和通讯单位，博士研究生张程嘉为论文第一作者，杨晓东为论文通讯作者。

此外，该团队还针对多电压等级双极直流配电网中电压耦合复杂、电压调控需求差异化、调控对象多样化等问题，提出了一种综合电压治理策略。多电压等级配电网已成为当前配电系统的普遍形态，受电压层级差异及接入设备类型多样性的影响，不同电压等级配电网在运行特性和调控目标上呈现出显著差异，对应配置的调控手段与设备体系亦不尽相同。针对上述问题，团队构建了多电压等级双极直流配电网的协同电压调控模型，通过统一描述不同电压层级及正、负极之间的电压耦合关系，实现跨电压层级、跨极性的协调调节。该模型将直流变压器、互联设备及分布式调节资源纳入统一协调框架，明确各电压层级与极间的调控边界与交互机制，为多电压等级系统下的电压协同控制奠定了模型基础。

图3 多电压等级双极直流配电网综合电压调控框架

基于所构建的协同调控模型，团队实现了多电压等级双极直流配电网的综合电压调控，根据不同电压层级及极间的动态分配调节裕度，有效抑制负荷波动与新能源不平衡接入引起的多样化电压问题。相较于传统分层、分区的独立调节方式，该方法在统一协调机制下提升了系统电压支撑能力与调节效率，显著改善了复杂运行条件下的多电压等级直流配电网整体电压质量。该工作发表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工业大学为第一完成单位和通讯单位，杨晓东为论文的第一作者，丁立健教授为论文通讯作者，博士研究生张程嘉为论文的合作作者。

图4 提出的综合电压调控方法与已有方法的性能对比

近年来，研究团队持续聚焦智能配用电系统运行与控制关键技术研究，围绕柔性配电系统优化运行、双极直流配电技术、人工智能在新型电力系统中的应用等方向开展了系统性探索，已在IEEE Trans. Power Systems、IEEE Trans. Smart Grid、IEEE Trans. Sustain. Energy等国际权威期刊发表学术论文100余篇。相关研究成果在国家电网公司多项智能电网示范工程项目中得到应用，有效提升了以新能源为主体的新型配用电系统的安全、经济与灵活运行能力。

上述研究得到了国家自然科学基金委面上项目(52377090)、联合基金重点项目(U22B20116)和中央高校基本科研业务费项目(JZ2025HGTG0270)的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1109/TSG.2026.3651935

https://doi.org/10.1109/TSTE.2025.3600695

（杨晓东/文、图 冯航/审核）

责任编辑：卫婷婷