随着全球能源与环境形势的日益严峻,光伏在电力系统中的装机容量不断增加,而基于混合储能的光储发电系统不仅可克服光伏发电功率波动问题,而且能兼顾储能装置能量密度高与功率密度大的优势,因此逐步成为学术研究的热点课题。并网逆变器是光储发电系统的核心装备,其拓扑结构和控制算法直接影响到并网电能质量。相较于传统两电平逆变器,二极管中点箝位型三电平逆变器具有功率器件承压小,并网电流谐波畸变率和开关损耗低等优点,然而,功率开关器件仍是系统最薄弱的部件,一旦发生故障会威胁整个系统的安全运行。为此,本文以含混合储能的光储发电系统为研究对象,重点研究了正常运行及单桥臂故障时容错逆变器的并网控制,以期实现故障前逆变器高性能并网运行和故障后逆变器稳定可靠的容错并网运行。论文具体内容如下:(1)研究含有混合储能的光储发电系统总体结构,分析各单元工作特性。建立光储发电系统各单元数学模型,包括光伏阵列、蓄电池和超级电容,并分析研究各自的输出特性。研究各部分变流器结构和控制算法,分别讨论光伏升压Boost变换器的工作模式及控制方法,储能双向DC/DC变换器模型预测控制方法。其中,光伏发电系统的最大功率跟踪控制选用扰动观察法。(2)针对储能元件自身充放电特性,研究由蓄电池与超级电容组成混合储能系统的能量管理策略。通过低通滤波器将储能系统吸收和释放的功率进行滤波,由蓄电池吸收或释放低频功率,而超级电容承担因光照或负载突变产生的高频功率;同时,为避免储能元件过充或过放及超级电容频繁切换工作区域,蓄电池采用传统限制管理,超级电容采用基于荷电状态(Stage of Charge,SOC)分区的限值管理策略,其引入超级电容SOC反馈调整滤波时间常数,改善超级电容易过充或过放的不足,维持系统正常运行。仿真验证了混合储能系统能量管理策略的有效性。(3)针对正常运行模式下的NPC三电平并网逆变器,分析NPC逆变器结构与运行原理,建立NPC逆变器数学模型;考虑到传统有限控制集模型预测控制(Finite Control Set Model Predictive Control,FCS-MPC)方法应用于NPC逆变器存在计算量大等问题,提出一种快速矢量选择有限控制集模型预测控制方法。该方法通过判断参考电压矢量空间位置,让远离参考矢量的电压矢量不参与预测模型和代价函数的在线计算,从而使参与计算的电压矢量由27个减少到12个,降低了算法的复杂度和计算量。仿真结果表明,本文提出的快速矢量选择FCS-MPC算法具有良好的稳态和动态性能。(4)为提高逆变器发生故障后的容错运行能力,针对理想电网下光储发电系统中容错型NPC三电平并网逆变器,首先分析逆变器故障后容错运行的工作机理,建立数学模型;其次基于数学模型研究理想电网下光储逆变器的并网控制策略;然后综合储能装置荷电状态和功率平衡理论,对光储发电系统在理想电网下的协调控制策略进行研究;最后,在Matlab/Simulink平台中搭建仿真模型验证故障后并网逆变器的容错运行能力及所提协调控制策略的正确性及可行性。(5)不平衡电网下的电网电压负序分量会使并网逆变器输出功率波动和三相电流畸变,同时电压跌落情况下出现的过流现象会严重影响系统运行的可靠性。为此,提出一种故障穿越限流模型预测控制方法,该方法在两相静止坐标系下以消除负序电流、抑制有功和无功的二倍频脉动为控制目标计算参考电流值和功率补偿量;然后推导分析过流机理,引入比例因子修正各控制目标下的参考电流值和功率补偿量。在此基础上,构造代价函数选取最优开关状态应用于逆变器,实现逆变器的高性能并网。与传统方法相比,无需锁相环、脉冲宽度调制和复杂的电网电压正/负序提取,克服了故障穿越过程中并网逆变器过流问题,能够保证不平衡电网电压下单桥臂故障时并网逆变器的连续可靠运行。仿真结果验证了所提策略的可行性和有效性。