面对能源危机的巨大挑战,大力发展可再生能源已经成为人类社会的必由之路。电力系统中的配电网是消纳可再生能源的主要场所。而当前的配电网在供电能力、电能质量、新能源消纳能力、新型负荷接入等多方面均有大量的亟待改进提升之处。在电力电子技术的快速发展和支撑下,直流配电网成为系统解决以上技术问题的有效途径。但是直流配电技术的的研究与实际应用之间还有很大的距离。本论文将针对直流配电网所面临的关键技术难题展开研究,在电力电子建模与控制、系统级灵活潮流控制、直流配网运行方式和直流系统中的非线性问题分析等多个方面开展系统深入的研究工作,为直流配电系统构建起全面而坚实的技术架构。本文所开展的关键技术问题的研究工作主要包括:1.针对直流配电技术的特点,提出了典型的直流配网结构。为实现对直流配网中母线电压的有效控制,针对双极直流配网,开展了用于连接交流网和直流网的VSC的拓扑结构和控制方法的研究,同时考虑了不同元件的协同控制、能量管理等问题。所提出的方法能够适应双极直流配电网场景,并有效提升了电能质量。2.研究了直流配网中的线路功率控制问题,提出了在直流配网的线路当中串联DC/DC变换器,从而主动控制线路功率的方式。着重分析了适用于线路功率控制的DC/DC变换器的拓扑结构、运行模式和控制方法,还对单条线路功率控制对全网潮流分布的影响进行了定量评估。3.针对系统级的直流配网分析,提出了母线电压控制技术和线路功率控制技术的元件模型。在此基础上提出了通过协调组织多个母线电压控制节点和多条功率被控的线路来共同实现系统级的灵活主动潮流控制。4.针对能够同时满足系统潮流控制和友好接入分布式电源与新型负荷的要求,提出了直流电网的扩展节点类型。在扩展节点类型的支撑下,一些原本不得不被舍弃的系统要求变得能够被满足,进而提升了系统运行的灵活性。同时,还提出了一种扩展节点类型的选择方法,该方法能够在保证系统可行性的前提下,最大程度上满足系统优先级较高的节点类型要求。5.研究了一种新型高性能直流电力系统分析方法。分析了电力系统电路结构当中具备线性特征的分量并定义了LRBNP(Linear Relationship Based Nonlinear Problem)。对所提出的理论进行了全面、详细、深入、严格的数学推导。从推导的结果当中,可以提炼出传统电力系统分析方法中难以被显性描述的变量关系。电力系统的拓扑分析结果和节点类型分析结果也被成功地从非线性方程组当中分离,并以常矩阵表征的线性关系表达。一些电力系统当中的抽象问题的数学和物理本质也能够被所提出的理论简洁深入地解释。从而直流配网中的非线性问题分析打下了坚实的基础。6.基于高性能直流电力系统分析方法,提出了用来解决电力系统中的LRBNP的通用迭代校正方法。基于基础理论和潮流计算的校正方法,提出了一种新型电力系统潮流计算方法。之后,在理论基础的支撑下,针对电力系统电压崩溃的数学和物理本质意义进行了讨论。最后,针对直流电力系统的静态电压稳定性分析问题,又提出了校正法和基于数学物理特征的直接法。新的潮流算法和静态电压稳定分析算法均在不影响精度的前提下大幅提升了整体运算速度。