随着世界经济的快速发展,人们的用电需求越来越高,各种环境能源危机接踵而至。直流微电网由于结构简单、调控方便,且在传输过程中的损耗更低,从而拥有了更优的供电品质,使之引起了研究学者们的普遍重视。但由于直流微电网的线路阻抗远远小于交流微电网的线路阻抗,当发生故障时,故障电流会迅速达到峰值,破坏系统正常运行。因此,进行直流微电网系统故障诊断与故障系统性能提升变得尤为重要。故障特性分析和鲁棒残差分析是本文进行故障检测和定位设计的前提。当前,在直流微电网领域内,对故障检测、定位以及后续保护方法上的制定和相关设备制造的成果较少,对于低压直流微电网故障诊断的相关研究较为贫乏。为此,本文研究并设计了一种基于鲁棒残差分析的直流微电网故障诊断方法,主要研究内容如下:首先,针对直流微电网中的双向DC-DC变换器的结构和数学模型进行介绍,对极间故障和单极接地故障进行了分析,为后续故障诊断方法以及故障系统性能提升机制奠定理论基础。其次,根据残差生成器的原理及作用提出了一种新颖的故障诊断方法,对每条线路建立残差生成器,提取残差信号,对其进行残差评估和阈值设计,实现直流微电网中多台变换器并联时各条线路相互解耦的故障检测与定位,从而降低了传感器和计算设备的投资。然后,针对故障线路切除瞬间所造成的端口电压骤变等系统性能退化现象,提出了一种基于残差生成器的直流微电网性能提升容错机制,通过反馈补偿控制器Q（s）在电压环输出端进行补偿并抵消扰动,提升系统性能指标。最后,应用MATLAB/Simulink和Lab VIEW软件以及半实物仿真平台,分别针对直流微电网不同拓扑下的故障,进行了仿真测试,验证了该方案的正确性、科学性与可行性。