在我国偏远地区仍然存在缺电现象,这些地区远离大电网,依靠长距离架设输电线路进行供电,建设成本高且供电质量难以保障。依靠当地分布式式能源如风电、水电和光伏组建微电网是解决此类问题的方案之一。将水电、光伏和风电结合组成微电网,在多种微电源之间形成互补,不仅可以增强分布式能源的消纳,又可以提高微电网内部负荷的供电可靠性,这也是未来发展的一种趋势。本文构建了水-风-光微电网模型,对水-风-光微电网中小水电、风电和光伏之间的协调控制和优化运行进行研究,可以有效解决多种微电源互补型微电网的运行控制问题。本文考虑自然因素对微电网内分布式电源的影响,分析并建立水电机组、风电机组和光伏发电的数学模型,紧接着对三种典型的分布式电源逆变器控制方法进行了分析,针对恒功率控制、恒压恒频控制及下垂控制的原理和优缺点及运行范围进行比较,然后对三种微电网系统的控制方法进行比较,为研究水-风-光微电网调频和功率平衡控制做了良好的铺垫。针对水-风-光微电网的孤网条件下的调频策略,按小水电有无蓄水水库,分为两个部分。第一部分为由有蓄水水库的小水电组成的水-风-光微电网,由水电系统单独进行调频。首先参照水电机组运行的原理分析研究各模块的传递函数,仿真分析永态转差系数和PID各参数对带负荷调频的水电系统的影响,结果表明,水-风-光微电网的频率可以由水电系统单独进行调频,频率可以控制在0.1Hz之内。第二部分为由径流式水电机组组成的水-风-光微电网。小水电机组出力随来水径流量的变化而变化,不具备调频能力,针对这种情况,提出一种基于改进型下垂控制的风-光协同调频的微电网模型,微电网内风电和光伏与储能相结合,通过逆变器对频率进行控制。首先介绍了风-光协同调频的微电网模型,并对模型进行仿真分析,仿真结果表明,当微电网负载发生突变时,在0.2秒时间里将频率幅度控制在0.1Hz之内,验证了所提控制方案的有效性。针对电力系统因负荷需求功率的波动而导致的频率偏差问题,提出一种含电动汽车的微电网参与区域电网调频的控制模型,通过控制微电网内部电动汽车和储能电站的充放电功率,来对区域电网的频率偏差进行调节。当电网稳定运行遭到威胁,频率偏移超出调频死区,达到响应程度时,电网调度中心依据功率缺额量分配至传统调频机组和微电网,微电网依据收到的电网控制指令和电动汽车与储能反馈的可用功率容量等信息进行功率分配,依靠微电网输出功率的变化来达到调频的要求,仿真结果表明,本章提出的控制策略的有效性。针对水-风-光微电网的并网条件下功率平衡运行优化,提出一种水-风-光微电网并网优化运行模型,针对风机和光伏发电出力不稳定的特点,利用水电机组出力控制和蓄电池充放电控制来达到功率平衡的目的,采用改进粒子群算法对微电网模型进行仿真分析。在满足微电网安全运行前提下,为风能和光伏利用率最大化,通过控制水能发电引水流量和蓄电池使负荷波动率最低和配电网与微电网之间的交换功率最小化,求得各个时刻水电机组出力功率值、蓄电池充放电功率值和配电网与微电网交换功率值,优化后微电网与配电网交换功率比未优化的交换功率总额减少约41%,验证了提出的并网优化运行模型的有效性,也表明通过水-风-光微电网优先使用风电和光伏、再使用水电调节出力和蓄电池充放电对负荷进行补充调节的可行性。针对水-风-光微电网的孤网条件下功率平衡运行优化,提出一种水-风-光微电网孤网优化运行模型,当风机和光伏发电出力大于负荷需求时,通过蓄电池将多余的电能存储起来;当风机和光伏发电出力不满足负荷需求时,则加大水电机组出力和蓄电池充放电功率输出;当四者功率输出仍不满足负荷功率需求时,中断一定量可控负荷来维持微电网内功率平衡。本运行优化模型以负荷波动率和全天中断负荷总量最小为目标,采用Q学习算法对孤网运行模型进行优化。结果表明,优化后的全天中断负荷总量比未优化时减少约49%,且未优化时有几个时刻中断负荷需求量超过可控负荷量,影响到微电网运行可靠性;而运行优化后未出现此现象,微电网可以安全运行,结果表明本优化运行模型的可行性。