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随着分布式电源和储能技术的发展,在直流微电网中DC/DC变换器逐渐成为电能转换、电能传输及控制的核心,其性能决定了直流微电网的性能。同时,当直流微电网受到各类大扰动（如负载大幅度突变、结构变化等）时,易导致直流微电网的稳定性下降甚至不稳定。因此,对DC/DC变换器的控制策略要求越来越高。虚拟直流电机（Virtual DC Machine,VDCM）控制技术通过模拟传统直流电机,可为系统提供额外的惯性和阻尼,能够有效抑制直流微电网的直流母线电压波动;同时,无源控制（Passivity-Based Control,PBC）由于其具有控制结构简单、动态响应好和易实现等优点,被广泛应用在DC/DC变换器非线性控制以及保证系统大扰动稳定性中。因此,VDCM和PBC可为直流微电网稳定性提供重要支撑。本文主要围绕直流微电网中虚拟直流电机型DC/DC变换器展开研究,从VDCM型DC/DC变换器控制性能提升、多机并联、无源控制等进行分析讨论,并通过仿真和实验验证了理论研究成果的正确性。本文主要研究工作如下:（1）针对传统参数固定的VDCM控制较难在提供惯性与阻尼支撑的同时实现较佳动态性能的问题,提出了一种VDCM参数自适应控制策略。首先,介绍了VDCM的控制原理,建立了其小信号模型,分析了转动惯量J和阻尼系数D对DC/DC变换器稳定性和动态性能的影响,给出了综合考虑稳定性和动态性能的参数调节范围。在此基础上,根据受到扰动时直流母线电压的动态响应过程,分析了J和D的调节规律,提出了DC/DC变换器的VDCM参数自适应控制策略,该策略充分发挥虚拟参数可灵活调节的优势,提升VDCM稳定性和动态性能。给出了转动惯量和阻尼系数自适应调节原则,并根据参数调节范围,给出了自适应调节参数的取值方法。仿真与实验结果表明,相比传统VDCM控制策略,所提控制策略在提供惯性和阻尼支撑的同时具有较快的动态响应速度以及较小的电压超调,可较好地抑制直流母线电压的波动,进而提高直流微电网直流母线电压波动抑制能力。（2）针对现有VDCM并联控制策略功率分配依赖通讯网络,而下垂与VDCM结合型策略又存在控制环节较多的问题,提出了一种角速度-功率下垂的VDCM并联协调控制策略。该策略借鉴交流同步电机一次调频思想,根据虚拟的直流电机角速度调节VDCM的机械功率,从而实现多台VDCM控制型DC/DC变换器间功率按照设定比例分配,可以有效减少控制环节,实现下垂与VDCM的有机结合。首先,研究了VDCM并联系统功率分配原理,给出了影响功率分配的因素。其次,建立了VDCM并联协调控制策略小信号模型,分析了主要参数kd、J和D对系统稳定性和动态性能的影响,为DC/DC变换器VDCM并联系统参数的设计提供依据。仿真与实验结果表明,所提控制策略在为系统提供惯性和阻尼的同时,具有较好的动、稳态功率分配性能,可有效抑制直流母线电压的波动。（3）针对大扰动下传统线性控制策略较难保证系统稳定性和动态响应较慢的问题,分别提出了基于欧拉-拉格朗日（Euler-Lagrange,EL）模型和基于具有耗散的哈密尔顿（Port Controlled Hamiltonian with Dissipation,PCHD）模型的兼顾电压和电流动稳态调节特性的新型无源控制策略（New Passivity-Based Control,NPBC）。首先,分析了现有无源控制策略存在问题和局限性。其次,基于无源控制理论和相平面法,给出了恒功率负载（Constant Power Load,CPL）对DC/DC变换器无源性的影响分析,得到CPL的负阻特性是导致DC/DC变换器动态误差非无源性的主要因素。对此,基于DC/DC变换器动态误差能量函数,采用互联和阻尼注入的方法,研究了EL-NPBC（ENPBC）和PCHD-NPBC（PNPBC）,实现了带CPL负载的DC/DC变换器在动态情况下的严格无源性,从而实现DC/DC变换器在期望平衡点的稳定性。并通过功率观测器进一步改善所提策略的鲁棒性。结合参数对稳定性和动态特性的影响分析给出了主要参数的整定原则。仿真和实验结果表明,相较于传统无源控制器单一变量调节,所提ENPBC和PNPBC策略可同时实现输出电压和电感电流误差调节,具有更快响应速度。所提策略可以有效保证DC/DC变换器大扰动稳定性的同时具有良好的动态特性。（4）针对采用小信号分析方法以及PI控制器的VDCM大扰动下的局限性,以及大扰动下无源控制存在稳态误差的问题,提出了采用VDCM外环和ENPBC内环相结合的VDCM-ENPBC控制策略,用ENPBC取代传统VDCM电流内环PI控制器,改善内环控制器大扰动下的稳定性和动态性能,而外环VDCM控制,为内环ENPBC提供电流指令,可实现为DC/DC变换器提供额外的惯性和阻尼的同时,增强ENPBC在大扰动下的适应性,实现VDCM和ENPBC优势互补。首先,给出了多DC/DC变换器系统无源性和大扰动稳定性的分析原理。在此基础上,以Boost、Buck变换器组成的多变换器系统为例,给出了VDCM-ENPBC控制原理,并基于相平面法分析了主要参数对系统稳定性的影响。仿真和实验结果表明所提控制策略可使DC/DC变换器获得良好的稳态与动态性能,在实现多变换器系统在大扰动下稳定工作的同时,能有效抑制直流母线电压的波动和稳态误差。