直流微电网相对于交流微电网而言,不存在交流系统中无功和频率等问题,故其结构更为简单、控制更为方便,而且有利于光伏电池、储能装置以及直流负荷等直流性质单元直接接入。鉴于直流微电网以上优点,直流形式的微电网结构受到了国内外研究人员越来越多的关注。目前国内外关于直流微电网的研究大多集中于单母线的直流微电网结构,所有直流性质的微电源或负荷都需要经过直流变换器连接到直流母线,降低了整个系统运行效率。为了提高系统运行效率,方便不同电压等级的负荷直接接入直流微网,减少变换器的使用,本文提出一种新型双层母线直流微电网结构,并基于此结构设计了相应的协调控制策略,保证直流微电网的可靠运行。第一,主要分析了光伏发电模型及最大功率追踪控制。依据光伏电池数学模型,在Matlab/Simulink中搭建光伏电池仿真模型,通过仿真得出其输出特性曲线;由输出特性曲线可以看出,光伏电池的P-U曲线呈现强烈的非线性。为了追踪光伏电池的最大功率点,文中介绍并分析了广泛应用的最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制算法,选择变步长电导增量法作为直流微电网系统的MPPT控制策略,并进行了仿真验证。第二,重点研究了系统的混合储能单元。介绍了锂电池和超级电容的工作原理、数学模型以及充放电特性;根据直流微电网系统的控制要求,结合各储能单元的充放电特性,选择锂电池和超级电容级联的混合储能结构作为系统的储能单元;分析了储能单元与直流母线间的双向DC/DC变换器连接方式,对双向DC/DC变换器的工作模式进行了分区,并据此设计了相应的控制策略。第三,研究了双层母线直流微电网系统结构、功率流向及控制策略。双层母线直流微电网由两电压等级不同的直流微电网通过Buck/Boost双向变换器连接构成。将锂电池超级电容组成混合储能系统应用于直流子网中,并设计其协调控制策略,保证系统优化运行的同时延长了锂电池的使用寿命。根据Buck/Boost双向变换器的电压-功率下垂特性,对高低压两侧电压进行归一化处理,提出适用于Buck/Boost双向变换器的下垂控制,此控制策略可以根据两直流子网电压高低有效控制子网间的功率传输,实现整个系统功率平衡,提高系统的运行可靠性。第四,设计并开发了含有光伏系统、混合储能系统以及Buck/Boost双向变换器的双层母线直流微电网实验平台。利用DSP TMS320F28335作为系统控制芯片,通过实验验证了系统协调控制策略的有效性。实验结果表明,本文设计的Buck/Boost双向变换器下垂控制策略,可以自动实现高低压直流母线间的功率流动,从而保证双层母线直流微电网的稳定运行。