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风力发电和光伏发电具有随机性或间歇性等特点，混合储能微电网可以实现分布式电源的灵活高效应用。本文以风光储交流微电网为研究对象，针对微电网能量流动多路径、运行模式多样性以及储能类型不同的特点，重点研究其能量管理协调控制策略、混合储能功率分配策略以及运行模式平滑切换策略，解决该类微电网技术难题，改善微电网的控制性能，实现微电网优化及可靠运行，为微电网的推广应用打下良好的理论和技术基础。
论文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，概述了微电网发展、交流微电网运行控制技术及混合储能的应用状况，就微电网能量管理协调控制、混合储能功率分配以及并离网切换控制三个关键技术综述了国内外的研究现状，进而明确了本文的主要研究内容。
其次，给出了本文风光储交流微电网系统的拓扑结构及运行模式。分别论述了风力发电、光伏发电以及锂电池和超级电容混合储能子系统的组成原理及工作特性。根据容量需求，对每个子系统中微源及储能进行了选型和设计，并对各自变换器主电路LC参数进行了选取，为后续微电网运行控制策略研究奠定了理论基础。
第三，根据风速、光强、负荷的随机性特点以及储能的状态，分析了孤岛模式下微电网内部的能量流动关系，考虑风电优先利用、光伏次之的能量分配原则，给出了微电网15种工作模式以及各种模式之间相互转换关系，进而给出了能量管理协调控制策略。这种控制策略能够协调微源处于最大功率跟踪或负荷功率跟踪状态，负荷能够根据优先级进行自动投切，锂电池荷电态处于合理工作范围，实现微电网优化及可靠运行。
第四，针对孤岛时混合储能的控制结构，提出了基于虚拟阻抗且具有超级电容端电压自动恢复功能的动态功率分配策略。这种功率分配策略在锂电池和超级电容后级变换器控制中分别引入虚拟电阻和虚拟电容，同时，在锂电池虚拟电阻控制环引入一个高通滤波环节，能够实现在微源和负荷功率突变时，超级电容只响应功率突变的瞬态部分，锂电池提供稳态时的功率支撑，改善了微电网的抗扰性能，而且超级电容端电压在动态过程结束后自动恢复到初始值，能够连续提供瞬态功率支撑。
第五，针对传统低通滤波器存在相位滞后和频率混叠的问题，提出了基于零相位低通滤波器的功率分解算法。该算法在滤波阶次比较低的情况下，能够快速检测波动功率中的高、中和低频功率，减小各频段的混叠，实现良好的滤波效果。基于上述功率分解算法，提出了并网运行混合储能平抑功率波动控制策略，让锂电池补偿中频功率，高频有功功率被超级电容补偿，保证并网功率是低频成分，实现微电网在并网自由模式或并网调度模式下平滑并网功率的目标。
第六，提出了基于VSG(Virtual Synchronous Generator)的并离网平滑切换控制策略，这种控制策略在超级电容储能单元采用VSG控制。基于VSG结构，设计了准同期控制单元，并对传统相位预同步策略进行了改进，采用相位差的正弦函数作为相位预同步控制器的输入信号，能够消除相位差符号改变带来的不利影响，可以加快预同步的过程。针对并离网切换时主源变换器控制策略改变导致的切换冲击问题，采用两种控制策略共用电流内环的并行控制结构、电流给定值相互跟随及相位跟踪或钳位机制，保证电流环的参考指令和参考相位在控制策略切换时刻保持一致，实现两种模式平滑过渡。
最后，搭建了风光储交流微电网的仿真模型，分别对孤岛运行、并网运行以及并离网切换控制策略进行了仿真研究，仿真结果验证了本文所论各控制策略的正确性和有效性。
论文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，概述了微电网发展、交流微电网运行控制技术及混合储能的应用状况，就微电网能量管理协调控制、混合储能功率分配以及并离网切换控制三个关键技术综述了国内外的研究现状，进而明确了本文的主要研究内容。
其次，给出了本文风光储交流微电网系统的拓扑结构及运行模式。分别论述了风力发电、光伏发电以及锂电池和超级电容混合储能子系统的组成原理及工作特性。根据容量需求，对每个子系统中微源及储能进行了选型和设计，并对各自变换器主电路LC参数进行了选取，为后续微电网运行控制策略研究奠定了理论基础。
第三，根据风速、光强、负荷的随机性特点以及储能的状态，分析了孤岛模式下微电网内部的能量流动关系，考虑风电优先利用、光伏次之的能量分配原则，给出了微电网15种工作模式以及各种模式之间相互转换关系，进而给出了能量管理协调控制策略。这种控制策略能够协调微源处于最大功率跟踪或负荷功率跟踪状态，负荷能够根据优先级进行自动投切，锂电池荷电态处于合理工作范围，实现微电网优化及可靠运行。
第四，针对孤岛时混合储能的控制结构，提出了基于虚拟阻抗且具有超级电容端电压自动恢复功能的动态功率分配策略。这种功率分配策略在锂电池和超级电容后级变换器控制中分别引入虚拟电阻和虚拟电容，同时，在锂电池虚拟电阻控制环引入一个高通滤波环节，能够实现在微源和负荷功率突变时，超级电容只响应功率突变的瞬态部分，锂电池提供稳态时的功率支撑，改善了微电网的抗扰性能，而且超级电容端电压在动态过程结束后自动恢复到初始值，能够连续提供瞬态功率支撑。
第五，针对传统低通滤波器存在相位滞后和频率混叠的问题，提出了基于零相位低通滤波器的功率分解算法。该算法在滤波阶次比较低的情况下，能够快速检测波动功率中的高、中和低频功率，减小各频段的混叠，实现良好的滤波效果。基于上述功率分解算法，提出了并网运行混合储能平抑功率波动控制策略，让锂电池补偿中频功率，高频有功功率被超级电容补偿，保证并网功率是低频成分，实现微电网在并网自由模式或并网调度模式下平滑并网功率的目标。
第六，提出了基于VSG(Virtual Synchronous Generator)的并离网平滑切换控制策略，这种控制策略在超级电容储能单元采用VSG控制。基于VSG结构，设计了准同期控制单元，并对传统相位预同步策略进行了改进，采用相位差的正弦函数作为相位预同步控制器的输入信号，能够消除相位差符号改变带来的不利影响，可以加快预同步的过程。针对并离网切换时主源变换器控制策略改变导致的切换冲击问题，采用两种控制策略共用电流内环的并行控制结构、电流给定值相互跟随及相位跟踪或钳位机制，保证电流环的参考指令和参考相位在控制策略切换时刻保持一致，实现两种模式平滑过渡。
最后，搭建了风光储交流微电网的仿真模型，分别对孤岛运行、并网运行以及并离网切换控制策略进行了仿真研究，仿真结果验证了本文所论各控制策略的正确性和有效性。