直流微电网（DC Microgrid,DCMG）具有能量转换效率高、无需考虑无功功率和频率、方便分布式电源和储能系统接入等优点。其中,储能系统可以平抑DCMG功率波动、增强系统稳定性,成为了DCMG必不可少的一部分,尤其由蓄电池和超级电容组成具有互补特性的混合储能系统得到了广泛应用。随着DCMG容量的增大,混合储能系统容量越来越大,实现多个储能单元间的协调运行,考虑多个控制目标,例如母线电压稳定、系统功率分配、对储能系统的保护,更好地发挥混合储能系统的性能是迫切需要解决的问题。另一方面,由于大量负载和变换器的接入,DCMG系统呈现复杂性高、稳定性差、控制难的特性,如何合理设计DCMG的控制策略保障其稳定运行成为了关键问题。DCMG的分层递阶控制方法和能量管理策略能够有效地解决上述复杂问题,避免多个控制目标之间相互影响。以含n个蓄电池储能单元和一个超级电容储能单元的DCMG为研究对象,从控制结构的核心功能角度出发,提出了一种适用于直流微电网的分层协调控制策略,其中,底层控制的主要目标为稳定母线电压,底层储能变换器采用自抗扰控制+改进模型预测控制+下垂控制的组合控制策略,不仅能够增强DCMG的稳定性,而且可以加快储能系统响应速率,减小开关损耗;第二层实现对直流母线电压的优化,基于线性自抗扰控制设计了母线电压补偿器,不依赖于系统模型和参数,补偿因下垂控制导致的母线电压跌落。第三层要协调各发电单元实现对系统的能量管理和优化运行,从而对混合储能系统进行保护,利用阈值规则法实现了电池储能单元间荷电状态的均衡,通过模糊控制实现蓄电池与超级电容间的功率自适应分配。本文主要从以下三个层面展开研究:底层储能变换器的控制策略决定了混合储能系统对于母线功率波动的平抑效果。鉴于传统PI双闭环控制抗扰动性弱、PI参数调节时间较长,而滑膜控制、神经网络控制等智能算法存在结构复杂、运算量大的问题,在储能变换器电压外环控制中引入了鲁棒性强、抗干扰能力强的自抗扰控制增强母线电压的稳定性,在储能变换器的电流内环控制采用了可以减少开关损耗的改进型模型预测控制,使电流参数准确、快速地跟随电流参考值,加快了混合储能系统的响应速度。除此之外,在底层控制最外环利用下垂控制在蓄电池单元间实现低频功率均分。第二层控制针对下垂控制引起的直流母线电压偏差进行补偿。基于线性自抗扰控制设计了母线电压补偿器。与传统观测器相比,线性自抗扰控制中的电压扩张状态观测器不依赖于系统模型和参数,具有较强的抗干扰能力。第二层控制消除了母线电压偏差,使直流母线电压稳定在额定电压。第三层控制同时考虑了同种储能介质间以及不同储能介质间的功率分配,基于储能单元的荷电状态提出了大容量混合储能系统的自适应控制。首先提出基于arctan函数的自适应下垂控制策略,将下垂系数与蓄电池单元荷电状态的幂函数联系起来,根据蓄电池荷电状态自适应分配低频不平衡功率,并引入了可调加速因子加快均衡速率。其次,基于超级电容的荷电状态采用模糊控制实现自适应低通滤波控制,实时改变滤波系数从而改变蓄电池组和超级电容间的功率分配,防止超级电容过充过放。仿真结果表明所提分层协调控制策略在充分发挥混合储能系统特性、保持DCMG稳定的同时,优化了大容量混合储能系统的能量管理,延长了混合储能系统的寿命。搭建了包含两组蓄电池单元和一组超级电容单元的DCMG硬件实验平台,验证了所提自抗扰控制+改进模型预测控制+下垂控制的控制策略的优越性以及母线电压补偿器的有效性。