随着世界经济的快速发展,能源需求越来越大,可再生能源日益受到重视。在此背景下,直流微电网得到了快速发展。由于分布式能源的随机性以及负荷的不确定性,会造成直流微电网电压的波动。超级电容储能装置具有功率密度大、动态响应快等优点,适用于平抑直流微电网电压波动。本文以此为背景,进行了三电平超级电容储能系统非线性复合控制策略的研究。首先,本文分析了三电平双向DC/DC变换器的工作原理,分析了其四种不同工作模式的特性。推导了三电平变换器输入输出外特性;通过引入微网侧等效输入电流,建立了三电平变换器统一数学模型。该模型使得控制器设计更为简单,只需一个控制器就能实现双向工作模式,省去了逻辑判断单元,节约了控制成本。并且不依赖微网侧模型,提高了变换器工作效率。其次,以三电平变换器统一数学模型为基础,采用状态反馈精确线性化的方法将超级电容储能系统等效变换为控制较为简单的线性系统。结合滑模变结构控制解决了精确线性化对模型的依赖性,提高了系统的鲁棒性。针对滑模变结构控制的抖振问题,采用模糊控制,柔化控制信号,使系统具有一定的自调节能力。设计了三电平超级电容系统非线性复合离散控制器,分析了采样时间对系统抖振的影响。通过MATLAB仿真验证了本文模型及控制器设计的正确性。最后,设计了基于TMS320F28335的硬件平台和软件程序,完成了三电平超级电容储能系统的充放电实验,实验结果验证了控制算法的正确性。