以光伏、风电为代表的分布式能源作为高效环保的灵活发电方式,在代替传统化石能源、缓解环境污染和气候变暖等问题上发挥了巨大优势。交直流微电网作为自主集成各类型分布式发电单元、储能单元和多类型负荷的有效方式,受到了学术界和工业界的广泛关注。然而,分布式电源出力和负荷功率的波动性、大量柔性电力电子设备接入引发的系统低惯量特性、并网电压不平衡以及并网换流器结构复杂化等因素严重威胁了微电网系统的安全可靠运行,对分布式能源的可持续发展带来了诸多挑战。因此,从理论上系统地分析复杂运行状态下交直流微电网的运行特性,探讨合理的控制方法与策略,保证微电网系统在复杂工况下的安全可靠运行,对于引导我国智能配电系统朝着更加经济高效、安全环保、新能源友好接入的方向发展,具有重要的理论和现实意义。本文以复杂运行状态下交直流微电网系统高效可靠运行为研究目标,从理论分析、控制方法、仿真验证等方面进行了全面深入的研究。当交直流混合微电网运行在孤立模式时,对双向AC/DC换流器进行合理控制可以有效实现微网功率的协调分配,并能显著提高系统的抗外界干扰能力。本文将孤立混合微电网中的交流子微网和直流子微网等效为整合电源,分别给出了双向AC/DC换流器交流侧和直流侧的有功功率下垂控制方程,进而提出了基于全网功率成比例分配原则的双向AC/DC换流器外环功率控制策略,实现了孤立混合微电网的功率平衡和自主分配;同时针对常规比例-积分(PI)内环控制无法获得理想电压动态响应的问题,在对双向AC/DC换流器进行电压波动分析的基础上,提出了一种抑制电压波动的双向AC/DC换流器改进内环控制策略,实现了换流器电压对参考信号的无静差跟踪,提高了下垂控制微电网系统的鲁棒稳定性。仿真结果验证了该控制策略的正确性和有效性。交直流混合微电网的低惯量特性使得系统在发生暂态过程时,无法利用其固有的转动惯量来提高暂态响应特性。为此,本文通过模拟同步发电机的惯量和阻尼特性,分别建立了双向AC/DC换流器的交流侧虚拟惯性方程和直流侧虚拟电容方程,并整合得出了双向AC/DC换流器的有功平衡关系式。进而利用PI控制器消除平衡关系式的稳态误差,提出了交直流混合微网双向换流器的虚拟同步机(VSM)改进策略,增强了系统频率和直流电压惯性,提高了交直流母线的动态响应特性。通过建立所提控制下双向AC/DC换流器的小信号和大信号模型,分析了不同控制参数下系统的动态特性,并给出了实现全网功率成比例分配的参数选取原则。仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。当交直流混合微电网中的直流部分断开时,就形成了孤立运行的直流微电网。在传统下垂控制作用下,由于直流微电网中各分布式电源出口线路参数不一致,且存在本地负荷,降低了负荷功率的分配精度,难以最大发挥分布式电源的效率,甚至引发分布式电源过载等问题,同时线路电阻上的电压降会进一步降低直流母线的电压质量。为此,本文通过引入自适应虚拟电阻和直流电压恢复收敛系数的概念,提出了基于自适应下垂特性的孤立直流微电网功率精确分配与电压无偏差控制策略,且在功率分配策略中考虑了本地负荷的影响。同时对DC/DC变换器在所提改进下垂控制下的响应特性进行了分析,并讨论了关键参数对系统稳定性的影响。仿真对比结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。交直流微电网的并网换流器在不平衡并网电压运行状态下,其输出功率会产生2倍频波动分量。为此,本文首先通过对不平衡电网电压下换流器数学模型进行分析,将系统的2倍频功率波动因素归结为电流因素分量和电压因素分量,推导并建立了不平衡电网电压下以2倍频功率为状态变量的系统控制方程;基于该控制方程,提出了一种带扰动观测器的微电网换流器鲁棒无源补偿策略,其中无源控制部分负责对电流因素分量期望值的准确跟踪,而扰动观测负责对电压因素分量的补偿。稳定性分析和仿真验证显示所提控制策略可以有效抑制不平衡电网电压下换流器的2倍频功率波动分量,并提高了不同工况下系统的动态响应性能。基于模块化多电平结构的微电网并网换流器在桥臂参数不对称状态下,其桥臂环流和交直流侧输出电流将会产生波动分量。为此,本文首先基于平均开关函数电流模型分析了换流器的非对称运行特性,揭示了在桥臂不对称情况下换流器将出现基频和二倍频桥臂环流,并在交流侧电流中产生直流和二倍频分量,同时直流侧电流将出现基频和二倍频波动;进而提出了一种带反馈调节(FAC)的改进比例积分-谐振(PIR)桥臂电流控制策略,通过在常规PIR控制中引入积分反馈调节,提高了桥臂不对称分量的抑制效果和系统的动态响应特性。仿真对比结果验证了理论分析的正确性和所提控制方法的有效性。