微电网技术代表了未来分布式能源供应系统发展趋势,是未来智能配用电系统的重要组成部分,对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。与交流微电网相比,直流微电网能更高效,可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷;同时,直流微电网还具有损耗低,结构简单、可控性强等优点。本文以直流微电网为研究对象,围绕其若干关键问题,对系统中各控制单元之间的协调运行、直流下垂控制的改进方法、母线电压稳定与经济最大化的快速实现以及直流微电网与主网之间的能量交互等技术进行了一系列的研究和讨论。本文的研究成果对直流微电网的分布式控制及优化运行等相关技术具有理论指导意义和实际应用价值。(1)首先,对孤岛运行模式下的直流微电网,提出了一种分布式协调控制策略。该控制策略利用分层结构,在原始下垂控制的基础上引入电压二次控制以及发电成本运行控制,各发电单元仅与相邻通信单元进行信息交互,通过有限时间一致性算法,最终实现电压稳定及发电成本最小等多控制目标。本文所提控制策略兼具分层控制与有限一致性控制的优点,灵活性高、鲁棒性强,收敛性能好。为了验证所提出的控制策略,搭建了相应的直流微电网模型,并对电源投退、负荷波动等不同场景进行了仿真,算例结果验证了该策略的有效性。(2)其次,针对直流微电网群,提出了一种分层协调控制策略。基于有限时间一致性算法,来实现负荷的按比例分配、直流母线电压稳定以及全局发电成本最小化等控制目标。同时,为克服该有限时间一致性算法的局限性、提高收敛速度,文中提出了一种预估通信拓扑。所提出的拓扑结构确保了该控制策略为完全分布式的控制策略,即不需要初始全局信息,具有更高的可靠性。通过使用Matlab/Simulink仿真平台,所提控制策略在一个含有4个子微电网的直流微电网群中进行验证。不同场景下的仿真结果均表明了所提方法的有效性。(3)最后,对并网型直流微电网的优化运行控制策略进行研究。在考虑直流微电网与主网之间的能量交换后,提出了一个双层控制策略。上层为经济运行控制,控制目标为经济最大化及自平衡率最高;下层为电压稳定控制,通过改进下垂方程实现母线电压稳定。该控制策略通过差分进化算法,进行多目标优化求解,以得到全局最优解。针对并网型直流微电网进行仿真分析,仿真结果表明了该控制策略的有效性。