与交流同步电网的自由联网相比,直流电网在提高电网控制灵活性、限制同步电网规模、降低电网复杂度、减少电网损耗等诸多方面具有优势。直流电网可实现直流线路间直接互联互通,提高直流系统输电容量,降低输电损耗,大幅降低换流站建设和运营成本。同时,关键设备技术指标不断突破,工程性价比持续提高,直流工程不断投运,输电容量、电压等级、工程复杂性持续提高,研究及工程经验日益丰富,都将极大推动直流电网的技术发展及工程化进度。直流电网系统庞大、环境复杂、影响因素及不确定性繁多,但是,直流电网相关决策制定和执行要求及时、迅速响应系统实时变化。采用大系统理论中分层递阶控制理论,按照变尺度、“分解-协调”等原则,分解复杂直流电网及其控制问题,可有效解决系统建模的变量“维数灾”、系统仿真和优化的天量计算、通信系统的海量数据交换等困难,提高决策分析效率,降低决策复杂度。顺应能源战略和技术发展趋势,充分考虑与现有电网技术管理体系兼容性,本文深入研究了功率控制体系构建及实现方式、网络输电模式及输电分配策略、直流电网网架拓扑等直流电网关键支撑技术,为加快推进“可靠、高效、充足、灵活、洁净”直流电网构建和发展进行有益探索。(1)大系统分层递阶控制理论适应直流电网构建及优化研究指出了直流电网优化决策面临大系统具有的多种难题,提出了采用大系统分层递阶控制理论是分析直流电网控制协调问题的有效途径：一是将交流系统成熟的分层控制方式及思路推广到直流电网,可提高与现有电网技术管理体系兼容性；二是递阶控制最优化算法为寻求高效直流电网输电分配优化策略和算法提供了重要的求解思路；三是分层递阶结构原则有助于构建结构清晰、透明开放和灵活互动的分层分区直流电网架构。上述研究结果为基于分层递阶控制理论,开展直流电网控制优化及网架构建关键技术研究,奠定了坚实的理论基础。(2)基于大系统分层递阶控制理论构建和实现直流电网有功功率控制体系分析了交、直流高压电网控制多方面异同,提出了基于大系统分层递阶控制理论的直流电网有功功率分层控制体系方案,明确各层功能定位。分析不同层次的控制策略、运行方式和实现途径,研究分层控制系统间协调配合关键技术,分析重要影响因素。该方案可解耦不同控制需求和功能,提高不同控制器设计独立性。(3)基于用户最优平衡原则建立直流电网输电分配优化方案分析了直流输电系统技术经济性持续提高对直流电网发展的影响,提出了网络输电模式顺应直流电网技术发展趋势,将替代端对端专线模式成为直流电网发展主流。提出了基于用户最优平衡原则的直流电网输电优化策略具有理论基础坚实、工程实施潜力大的特点。结合直流电网输电特性,提出了选取用户最优平衡(UE)网络流量分配原则,采用若干理想化假设,引入约束条件,建立直流电网输电需求均衡优化分配数学模型,选择搜索算法求解最优解,旨在实现数学建模精确性和算法有效性的统一,并结合实例进行分析。(4)基于层次化和差异化原则构建分层分区直流电网网架分析了直流电网发展方向和要求,提出了直流网架结构发展的技术特征,提出了基于大系统分层递阶控制理论建立分层分区直流电网拓扑架构的方案：一是按照电压等级、功能、区域等实现电网分层：二是以受端系统为核心,构建供需基本平衡的独立供电区域,区内电网强联系,区间弱联络,实现电网分区。上述方案既借鉴现有电网成熟经验,又体现直流电网技术特点,有利于实现控制精确性和有效性间平衡,提升与现有电网技术管理体系兼容性,加快推进直流电网研究深入和工程应用。