分布式电源系统在电气新能源领域得到了广泛的应用与研究。DC-DC变换器作为分布式电源与直流母线的能量转换接口，其稳定性对整个系统的性能有着重要影响。然而，该类DC-DC变换器系统属于一类典型的非线性被控对象，其稳定性易受到分布式电源波动性、电能间歇性及负荷随机性等不确定扰动的影响，导致线性控制器难以保证系统在大扰动工作条件下的安全稳定运行。本文以带恒功率负载DC-DC变换器、单电感多输出DC-DC变换器和多电平DC-DC变换器为控制对象，剖析各个变换器存在的控制难点，研究有效可行的反馈线性化控制策略，提高系统的性能。
　　本文重点开展的创新性研究内容如下：
　　1.为了抑制恒功率负载负阻抗特性引起的不稳定，减小模型不精确性对系统控制性能的影响，提出了一种反馈线性化自适应控制策略。以直流微电网中带恒功率负载Buck变换器为控制对象，在建立系统大信号模型基础上，采用逆系统方法对该模型进行精确反馈线性化，推导出了逆系统表达式，得到了其伪线性系统，进而基于李雅普诺夫稳定性理论，应用模型参考自适应控制技术对伪线性系统进行控制器的设计。通过与PID控制策略在负载和恒功率负载突变情形下的仿真结果进行比较，验证了所提控制策略具有更良好的动态响应性能。最后，搭建了一台原理样机进行相关实验，实验结果进一步验证了所提控制策略的正确性。
　　2.为了解决恒功率负载负阻抗特性带来的不稳定问题，克服精确反馈线性化技术不能直接应用于含有不稳定零动态系统的缺陷及减小滑模抖振对系统的影响，提出了一种自适应反步滑模控制策略。以带恒功率负载Boost变换器为例，利用基于微分几何理论的精确反馈线性化技术将系统非线性模型转换为线性系统布鲁诺夫斯基标准型。在保证大信号稳定的前提下，将自适应律引入到反步滑模控制中，通过自适应律实时更新切换增益，减小了滑模抖振对系统的影响，设计了自适应反步滑模控制器，进而采用李雅普诺夫稳定理论证明了整个闭环系统的全局渐近稳定性。与传统双闭环PI控制相比，数值仿真和实验结果表明，所提控制策略能保证输出电压在大信号扰动下稳定运行，具有更强的抗干扰性能和更强的鲁棒性。
　　3.为了减小单电感多输出DC-DC变换器的交叉调节，提出了一种精确反馈线性化最优控制策略。以单电感双输出Boost变换器为研究对象，在建立系统仿射非线性系统模型基础上，详细分析了单电感双输出Boost变换器输出电压特性，基于微分几何理论证明了所建模型满足精确反馈线性化条件，构造了相应的输出函数，将系统非线性模型转换为布鲁诺夫斯基标准型线性系统。进而将最优控制技术应用至精确反馈线性化控制中，推导了非线性系统的反馈控制律，并给出了最优反馈系数的设计方法，解决了常用二次型最优控制中加权矩阵系数难以选择的问题。设计并实现了一个同时具有升降压功能的单电感双输出Boost变换器系统，与共模-差模电压型控制策略相比较，仿真和实验结果表明，所提控制策略具有更良好的大信号稳定特性，有效减小了系统交叉调节。
　　4.为了解决多电平DC-DC变换器飞跨电容电压的平衡问题及飞跨电容电压与输出电压的解耦难题，提出了一种逆系统解耦最优控制策略。以多电平Buck变换器为控制对象，建立了系统大信号平均模型，基于逆系统理论，提出了如何对输出函数进行选择以使系统满足完全精确反馈线性化条件的一般方法，实现了系统的线性化和解耦，得到了多个单输入单输出伪线性子系统，进而分别设计最优控制器对各子系统进行控制。推导了最优反馈参数的选取规则，大大降低了控制器的设计难度。将所提控制策略应用至多电平Buck变换器中，分别进行了六电平Buck变换器控制系统仿真和三电平Buck变换器控制系统实验。结果表明，与线性解耦PI控制相比较，所提控制策略具有更好的动静态调节性能和更强的鲁棒性，保证了飞跨电容电压的平衡性，实现了飞跨电容电压与输出电压的解耦。