目前分布式新能源发电渗透率逐渐增加,用电负荷的电压等级逐渐多样化,多电压等级直流配电系统的应用场景越来越广泛,对多电压等级直流配电系统展开深入研究已成为客观需要。多电压等级直流配电系统具备运行规模大、结构繁杂和能量管理困难等特点,给系统稳定经济运行带来了严峻挑战。为保证多电压等级直流配电系统的可靠经济运行,提高分布式新能源的利用率,需设计合适的系统稳态功率平衡控制策略,研究系统暂态特性与功率支撑方法。本文以分布式光伏多端口接入多电压等级直流配电系统MW级实证平台为主要研究对象,展开对多电压等级直流配电系统功率平衡控制与暂态功率支撑方法的相关研究。首先,针对系统实证平台的设计方案与拓扑结构,介绍了二端口变换器和多端口变换器的数学模型和控制方法,为后续系统级的功率平衡控制策略提供设计参考。针对多端口变换器,设计了三端口光-储低压直流变换器和四端口光-荷中低压直流变换器的多种运行模式,提出了多端口变换器的协调控制策略,可充分利用分布式光伏能量,实现多端口变换器各端口单元之间的功率平衡。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了三端口光-储低压直流变换器和四端口光-荷中低压直流变换器协调控制策略的正确性。其次,搭建了与系统实证平台对应的多电压等级直流配电系统的大型仿真验证模型,可有效验证各种控制策略的可行性。提出了一种基于DAB下垂移相的交互功率平衡控制策略,在利用下垂控制实现子系统内部功率均分的基础上,通过仅增添直流母线电压标幺值的二次控制,在不加重通信线路负担的前提下,实现了多电压等级直流配电系统在并网运行模式下和孤岛运行模式下的全局功率平衡,确保系统稳定经济运行。RT-LAB实验结果验证了不同运行模式下功率平衡控制策略的正确性。最后,针对多电压等级直流配电系统的直流故障问题,分析了系统直流线路极间短路故障和单极接地短路故障在不同故障阶段下的暂态特性,总结了故障危害最严重的故障阶段以及暂态特性的影响因素,为后续故障保护方案提供基础。针对多电压等级直流配电系统的交流故障问题,提出了一种基于电网阻抗匹配的暂态功率支撑方法,实现并网点电压抬升程度最大化,使直流配电系统能够继续并网运行。RT-LAB实验结果验证了交流故障下暂态功率支撑方法的正确性。