当前,世界正经历第三次能源革命,光伏、风电等新能源发展迅速。我国也正推动构建以新能源为主体的新型电力系统。由于直流系统具有电能质量优、供电容量大、效率高、可靠性高、便于新能源接入、电压控制灵活稳定等优势,已被广泛用于数据中心、电动汽车、多/全电飞机等工业领域。尤其是具有多电压等级的直流系统,已逐渐成为构建全球能源互联网的基础。然而,由于多电压等级直流系统结构复杂且包含大量的电力电子变换器,使得其进一步发展受到以下几个主要问题的制约:一是系统规模庞大,建模困难,且模型阶数高,分析难度大;二是多变换器间阻抗不匹配导致的系统稳定性问题突出;三是当系统受到负载波动等大信号扰动时,影响母线电压自平衡能力的关键参数尚不明确。为此,本文将针对多电压等级直流系统的模型降阶与稳定判据展开研究。论文研究内容主要包括以下几个方面:1.为解决系统模型复杂、分析计算困难的问题,本文通过分析光伏储能混合系统的工作模式,建立了系统的闭环状态空间矩阵,并基于参与因子法得出光伏模块的独立变量与直流母线电压稳定性无关这一结论,进而提出了系统的降阶小信号模型。最后,利用仿真模型验证了所提降阶模型的正确性。2.现有的阻抗比稳定判据大多只针对单电压等级直流系统,本文针对多电压等级直流系统,提出了一种基于子系统划分方法的通用阻抗比稳定判据。首先,通过分析系统所有的输入输出传递函数,得到系统的等效环路增益,确定了系统稳定的充要条件;其次,通过定义子系统将多电压等级直流系统等效为两级级联系统,进而得到整个系统的阻抗比判据,并基于系统等效环路增益,证明了所提阻抗比判据的正确性。最后,搭建多电压等级直流系统仿真模型与实验平台,进一步验证了所提阻抗比判据的有效性。3.目前,基于混合势函数的大信号稳定性评估方法尚未应用于多电压等级直流系统。为此,本文基于混合势函数理论构建了简单三级级联系统的混合势函数,并得到系统在不同控制模式下的统一简化模型。然后,根据混合势函数稳定定理提出了系统在不同控制模式下的大信号稳定判据,通过进一步分析得到影响系统大信号稳定性的关键参数,并绘制了系统的大信号稳定域。最后,利用仿真模型验证了所提大信号稳定判据的有效性。