一、形势与需求
中国提出“双碳”目标、新型电力系统构建等国家重大战略，高比例新能源并网（特别是海量分布式新能源）将成为未来新型电力系统的典型特征。分布式光伏作为主力军，山东分布式光伏装机规模约占全国的五分之一。国家发改委、国家能源局发布《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》，提出打造新型配电系统，到2025年和2030年分别实现网架结构、供配电能力、承载力和灵活性等方面的提升，以及柔性化、智能化、数字化转型目标。交直流柔性配电网能安全高效承载海量分布式新能源，是构建新型电力系统的重要支撑，直流配用电是构建交直流柔性配电网的核心技术。基于直流技术的交直流柔性配电网能够解决传统交流配电网存在的问题，如局部负荷快速增长、分布式能源渗透率提升、对供电可靠性和质量要求提高、新型负荷和储能增加迅猛、供电能力局部不足、全局不平衡等。交直流柔性配电网全生命周期社会经济效益未来可期，核心器件国产化水平提升，核心装备成本下降，规模化发展是直流技术和装备的必经之路。
二、立体组网典型形态与工程案例
中低压直流双级环网组网示范工程采用中低压柔性直流双级环网组网方案，支撑高比例分布式新能源与多元负荷的高效灵活接入。中压组网方案通过建设基于MMC和三电平变流器混合的中压直流环网实现异步合环运行，构建自平衡能力区域配电网；低压组网方案基于电能路由器构建低压直流环网，支撑高比例分布式新能源、充电桩等灵活接入；直流蜂巢式能源站方案基于直流变压器将现有光储充电站改接进中压直流环网，探索直流蜂巢式能源站的建设及应用。基于中低压直流立体组网的莱芜交直流柔性智慧配电网示范工程总体技术架构包括莱芜小增家村级自治微电网，利用数字孪生技术搭建微电网运行管控系统，提升配电网光伏承载消纳及应急保供能力。国网山东电科院中低压直流双级环网组网技术验证平台由±750V真双极直流环网与±375V伪双极直流环网组成，具备运行方式灵活、正常态潮流运行模拟和故障态直流故障模拟功能。实现计及碳流目标最优的系统源网荷储日前-日内实时多时间尺度协同优化运行。
三、立体组网系列核心装备
20MW级基于高纹波技术方案MMC采用基于IGCT半桥模块的MMC方案，系统损耗最小，高纹波技术方案降低电容用量、成本和体积。10MW级器件直串的三电平变流器创新采用器件直串技术，为大容量三电平变流器在中低压直流立体组网的应用奠定基础，成本可降低30%以上。基于主动投切单器件模块串联技术的两电平VSC变换器首创单器件模块串联两电平方案，有效降低交直流变换装备成本。基于器件直串的MW级直流变压器采用基于IGCT和中频隔离的双主动有源桥DAB方案，系统损耗最小，大幅降低器件成本。中压自然换流型混合式直流断路器具有损耗低、换流可靠等特点，与常规混合式直流断路器相比体积和成本可减少30%。低压大容量超快速固态式直流断路器基于国产逆阻型IGCT器件，与同类产品相比体积、成本可减少20%以上。共高频交流母线多端口电能路由器在双有源桥（DAB）基础上拓展出模块化多有源桥（MMAB）拓扑结构，形成具有多端口、多级联、多流向、多形态特点的多功能电能路由器拓扑，已用于济南公司建设的八润堡低压柔直互联系统示范工程中，实现光伏、储能电池、充电桩等高比例分布式新能源和新型直流负载的可靠、灵活接入，减少了变换环节、降低了线损。
四、未来展望
未来研究方向包括新型电力电子器件技术（宽禁带半导体材料等）、灵活高效、经济可靠的直流变换技术、交直流柔性配用电系统多模式优化控制、复杂交直流柔性配电网控制保护技术、新型配电系统数字孪生实用化应用技术、新型配电系统生成式人工智能实用化应用与自适应巡航技术。
