电能是国民经济发展与人民生活的基础,如何合理开发和利用可再生“绿色”电能已成为世界各国共同关注的问题。由微型电源和本地负荷共同组成的微电网可实现可再生分布式电能就地消纳,已成为分布式发电供能系统集成技术的核心。特别是,交直流混合微电网同时具有交流微电网和直流微电网的优点,必将成为未来开发和利用分布式可再生电能的主要电网结构。针对交直流混合微电网中的关键理论和技术,本文以国家自然科学基金重点项目和湖南省研究生科研创新项目为依托,深入研究了混合微电网中可再生微电源和储能设备容量的优化配置、双向功率变流器的高效运行与控制技术、并联变流器的环流抑制技术和混合微电网的电能质量治理技术,研究重点和取得的成果主要体现在以下几个方面:(1)提出了基于最优期望输出功率特性的可再生微电源容量和储能设备容量优化配置方法。针对混合微电网中可再生微电源输出功率随机波动和间歇性导致的微电网供电总功率不稳定问题,分析了光伏发电和风力发电等可再生微电源与储能设备的输出功率特性;详细阐述了可再生微电源的输出功率特性、可再生微电源与负荷及储能设备的总输出功率特性的最优期望值求解方法,提出了基于最优期望输出功率特性的可再生微电源容量和储能设备容量优化配置方法,提高了可再生微电源与混合微电网输出功率特性的稳定性。(2)讨论了混合微电网在联网和孤岛两种运行模式下双向功率变流器的控制任务和运行特点。针对混合微电网联网工作模式提出了基于Clarke变换的直接功率控制策略,使双向功率变流器控制系统省去了锁相环,避免了锁相环精度和延时对双向功率变流器输出电流波形和功率控制精度的影响;提出了基于功率前馈的直流母线电压控制方法,有效改善了直流母线电压的波动幅值。(3)针对混合微电网孤岛工作模式提出了基于改进虚拟阻抗的双向功率变流器自动均流控制方法。分析了多台并联运行双向功率变流器之间功率均分误差的产生机理,揭示了虚拟阻抗分别与电流均分误差和变流器输出有功功率的关系,提出基于负载电流均分误差的虚拟阻抗技术,实现了双向功率变流器之间的精确电流均分,同时保证了双向功率变流器的运行独立性和功率输出能力。(4)提出了基于补偿零序电压差的零序环流无差拍控制方法。为抑制混合微电网中共直流母线并联变流器的零序环流,分析了共直流母线并联变流器间的零序环流产生机理,建立了并联变流器间的零序环流数学模型,提出了补偿零序电压差的零序环流抑制原理和零序环流无差拍控制方法,实现了共直流母线并联变流器间零序环流的有效抑制。所提环流控制方法为采用并联变流器结构的微电源和工业变流电源的零序环流抑制提供了简单、实用的理论和技术。(5)提出了混合微电网电能质量综合治理技术。通过分析混合微电网的电能质量特征,提出了将双向功率变流器与配电网作为系统、基于逆变器的可再生交流微电源与负载作为被治理的“负荷”的混合微电网电能质量治理方案,并提出治理谐波、无功和负载三相不平衡等多项电能质量指标的电能质量综合补偿器。同时,针对高频谐波治理要求快速电流跟踪和三相不平衡补偿要求快速调节直流侧电容电压的特点,提出了电能质量综合补偿器的双重无差拍环控制方法,对所提控制方法的稳定性进行了分析论证,并研制了电能质量综合补偿装置。