交直流混合微电网系统同时有直流母线和交流母线,能够有效融合各级分布式电源、储能装置以及各类负载,但整个系统结构较为复杂,同时包含多个状态变量,性能容易受外界扰动信号影响,尤其是大扰动情况下,保障交直流混合微电网系统稳定工作是十分必要的。然而,现有的稳定分析工具只能给出系统是否稳定的判据,无法得到稳定裕度;或做出二维稳定域,显示简单系统的稳定裕度。却无法形象展示复杂的交直流混合微电网系统的稳定裕度,无法给出扰动前后系统各状态变量在稳态平衡工作点附近的稳定域,也无法定量评估哪些参数对系统稳定性影响较大。如何推导得到交直流混合微电网系统在稳态平衡工作点处的3D稳定域,从而得到系统的稳定裕度是当前迫切需要解决的问题。本文以交直流混合微电网系统的大信号稳定性为研究对象,考虑了储能单元作为惯性环节对提高系统稳定性所起到的积极作用,也考虑了各恒功率负载对微网稳定性的干扰和消极影响,推导得到了交直流混合微电网系统的大信号稳定性判据,根据李雅普诺夫函数得到系统的3D渐进稳定域。基于3D渐进稳定域,得到系统各状态变量较为直观的稳定裕度,确定了决定系统渐近稳定域大小的关键参数及影响趋势,为分析和增强交直流混合微电网系统的大信号稳定性能提供了直观、形象的工具。首先,根据系统拓扑结构以及各级变换器的控制策略分别建立储能单元充电和放电两种模式下系统的非线性模型。接着,基于混合势函数理论建立系统在充放电不同模式下的大信号函数模型,得到系统的大信号稳定性判据,建立李雅普诺夫函数并得到其关于时间的一阶偏导数,给出绘制3D渐进稳定域的流程。搭建交直流混合微电网系统的实验平台,将实验平台参数代入李雅普诺夫函数中,基于李雅普诺夫第二稳定性定理衍生出的两个判定条件进行可行性验证。最后,根据李雅普诺夫函数以及La Salle时不变原理,通过Matlab中的等高线等函数绘制出在系统不同状态下的3D渐近稳定域,结合由系统稳态平衡方程求得的稳态平衡工作点,形象展示出系统各状态变量的稳定裕度。以恒功率负载功率阶跃为大扰动信号,分别得到系统在扰动前后对应的稳态平衡工作点和3D渐近稳定域。为了对交直流混合微电网系统的稳定性能进行分析,应用搭建的交直流混合微电网系统实验平台进行实验。实验结果表明,大扰动条件下,若扰动前后系统的稳态平衡工作点均位于3D渐近稳定域内,则系统能够在扰动结束后继续保持稳定运行状态;若出现扰动前后系统的稳态平衡工作点超出3D渐近稳定域范围,则系统会失去原有的稳定状态,交直流母线上均出现不同程度的电压跌落。根据不同参数下交直流混合微电网系统3D渐近稳定域的大小,得出在一定范围内当直流母线电容越大、交流母线电容越大、交流母线电感越小时,交直流混合微电网系统的稳定裕度越高,此外,增大储能单元的放电功率也可以增大稳定裕度。交直流混合微电网系统的3D渐进稳定域分析方法使得系统大信号稳定性分析的过程更加形象直观,为微电网系统参数的稳定设计以及增强交直流混合微电网系统的大信号稳定性提供了重要参考。