近年来,能源需求的增长和环境保护力度的不断加大促进了分布式电源的发展,使之成为电力系统发展的重要推动力。为克服分布式电源对大电网的不利影响,最大限度地发挥分布式发电灵活、易控制的优势,提高供电可靠性和电能质量,在21世纪初,学者们提出了微电网的概念。微电网是集分布式发电、储能、负载于一体的发配电系统,具有输出电能质量高、运行方式灵活、可再生能源渗透率高的特点。在多能互补分布式电源背景下,对微电网的结构性能提出了更高的要求。微电网发展至今,其主供电网络拓扑结构类型主要有交流、直流以及交直流混合型三种,各网架结构下都不同程度地存在着一些亟需解决的难题。本文结合模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的优点,将风机、光伏、微型燃气轮机等微源通过变换器接入子模块直流侧,构建了一种基于MMC半桥串联结构的微电网,并围绕其孤岛运行输出电压控制、桥臂微源功率协调控制、相间功率平衡控制及小信号稳定性分析展开研究,主要工作如下:1)首先介绍了MMC半桥串联结构微电网的拓扑结构,并基于系统孤岛运行等效电路建立了系统输出电压数学模型,以此为基础对系统输出电压、频率、环流等特性进行了详细分析;最后针对输出电压波动、功率平衡、微源输出功率协调等问题提出了相应的解决方案。2)针对不可控微源输出功率随机性引起的发电单元直流链电压波动问题,通过设置混合储能装置平抑其电压波动;针对系统耦合度高,非线性强的特点,采用反馈线性化进行精确解耦,对解耦后的系统设计滑模控制律实现输出电压稳定控制;结合系统输出电压特性,加入电压波动补偿环节以降低微源输出功率波动对系统输出电压的影响。3)系统孤岛运行时需独立调节各发电单元的输出功率以提高微源利用率,为此提出了基于自适应变载波层叠调制的微源输出功率协调控制方法。分析了各载波对应发电单元的输出功率,并根据一个周期内的投入时间推导出其平均功率;结合电压波动标准,采用变分模态分解提取随机性微源输出功率的低频分量,并作为各微源的有效输出功率;根据有效功率大小调整各发电单元对应载波的等效占空比,实现输出功率自适应协调控制。4)针对系统孤岛运行时各相微源输出功率差异引起的三相功率不平衡问题,提出了一种相间功率平衡控制策略。分析了系统的三种相间功率传输模式,建立了三相输出功率数学模型,并阐述了利用直流环流实现相间功率流动的机理;设计了基于桥臂虚拟电压的直流环流控制器,并将其输出信号作为功率平衡控制量叠加于各桥臂调制波;通过各相微源输出功率及负载功率得到功率平衡控制参考值,并根据各相发电单元储能装置的荷电状态对其补偿,实现相间功率平衡控制。5)基于动态相量法建立了系统逆变环节状态空间模型,并结合控制系统及线路的状态空间模型得到孤岛运行系统的状态空间模型,通过对比电磁暂态模型仿真结果验证了状态空间模型的精确性;将系统状态空间模型线性化得到其小信号模型,以此模型为基础分析了系统线路参数变化及电压电流双闭环控制参数变化对系统小信号稳定性的影响。6)搭建了三相MMC半桥串联结构微电网实验平台,并对系统输出特性、微源功率协调控制、相间功率平衡控制等策略进行验证。实验结果与仿真结果一致,验证了理论分析结果的正确性,所提出控制策略的有效性。