在分布式电网储能系统中,需要补偿的电网功率具有不确定性和不可控性,由蓄电池、超级电容器等组成的储能系统功率均衡过程成为一个自主切换充放电过程;同时,各个储能装置的储能容量与瞬时均衡功率等具有物理约束,荷电量和充放电特性等运行状态也各异。这些特性对储能系统功率均衡操作及其切换控制理论提出了新的挑战。本文以储能功率均衡过程切换控制为背景,在总结现有切换控制理论成果基础上,重点研究具有任意切换信号作用的自主切换线性约束系统优化控制方法,及其在储能功率均衡切换过程的应用。本文的主要工作和成果如下:1.研究了自主切换线性约束系统的镇定与优化控制问题。采用公共控制Lyapunov函数概念,设计了带可调参数的切换镇定控制器;结合系统约束和性能指标实现了切换镇定控制器的滚动优化再设计。在理论上,严格证明了该切换控制器对任意切换信号的一致渐近稳定性、逆最优性和一致扇形裕度(0.5,∞)。数值仿真结果验证了理论结果的正确性。2.研究了不确定自主切换线性约束系统的鲁棒优化控制问题。通过计算不确定切换控制系统的公共鲁棒控制Lyapunov函数,提出了具有自由参数的切换鲁棒镇定控制器设计方法。在理论上,证明了该切换控制器对任意切换信号和状态限界不确定扰动具有一致鲁棒稳定性、逆最优性和一致鲁棒扇形裕度(0.5,∞)。进一步,实现了该切换控制律的滚动优化再设计和鲁棒性分析。通过DC-DC切换控制仿真试验,验证了理论结果的正确性。3.研究了单储能系统功率均衡过程的切换控制问题,提出了储能功率自主切换控制器设计方法。以储能器件荷电量状态表示充放电功率均衡过程变量,应用能量守恒定理,建立了单储能系统功率均衡切换数学模型;考虑储能器件自放电率、充电效率和放电效率等模型参数摄动,建立了单储能系统功率均衡不确定切换模型;应用前述理论结果,设计了单储能系统充放电功率自主切换控制器和鲁棒自主切换控制器。通过典型功率型储能器件——超级电容的功率均衡自主切换控制实验,仿真验证了该功率控制器的良好性能。4.研究了混合储能系统(HESS)功率均衡过程切换控制问题,提出了混合功率自主切换滚动优化控制器设计方法。通过建立HESS充放电过程荷电量连续时间切换模型、储能单元功率均衡约束模型和性能优化函数,提出了一种用以平抑可再生能源输出功率波动的HESS功率自主切换滚动优化控制方法。与线性二次型最优控制结果比较表明:功率自主切换滚动优化控制器不仅可以显著抑制分布式电网输出功率波动,而且HESS各储能单元满足功率均衡过程约束条件,实现了HESS对可再生能源输出功率波动的平抑目标。5.最后,对全文进行总结,并对进一步的研究提出一些展望。