基于可再生能源的分布式发电技术因环境友好而得到大力发展与应用。然而,分布式电源(Distributed Generator,DG)具有随机性、间歇性等特点,其接入大电网后会改变电网系统中的潮流分布、引入谐波、造成电网波动、影响系统安全稳定。微电网允许多种分布式电源接入,投资小、运行模式多变,可以实现区域化的发电与供电。因此,微电网成为缓解分布式发电与电网矛盾、解决多元分布式能源的接入和消纳问题、提升能源利用率的有效手段。孤岛微电网没有大电网的电压和频率支撑,需要依靠自身的控制器维持整个微电网电压和频率稳定及功率平衡,相比并网型微电网控制更加复杂。因此,孤岛微电网控制方法的研究对于保证微电网经济、可靠、稳定运行至关重要。孤岛微电网中大多采用下垂控制,下垂控制的本质是有差调节。为保证电压和频率的无差调节需要引入二级控制环节。传统二级控制是基于中央控制器(Microgrid Center Controller,MGCC)以“一对多”通信模式实现的,其不支持分布式电源的即插即用功能,灵活性相对较差且容易发生单点故障等问题。基于稀疏通信的分布式协调控制具有信息传输量小、灵活性和鲁棒性强等优势,能够解决传统集中控制的不足,因此近年来得到广泛关注与研究。其中基于多智能体系统(Multi-Agent System,MAS)一致性理论的微电网分布式协调控制,成为当前最主要的研究方向之一。故本文主要以孤岛微电网的二级分布式协调控制为主要研究方向,实现DG电压、频率控制与功率分配等目标。本文主要内容及取得的研究成果概括如下:(1)建立孤岛微电网多逆变器并联控制模型,搭建含虚拟阻抗、电流反馈与电压解耦环节的双闭环控制结构,并对该结构进行阻抗模型分析与环流分析,探讨虚拟阻抗、环流等对逆变器无功分配的影响。同时,对鲁棒下垂控制方法进行改进设计,并分析其适用场合。最终,通过仿真和部分实验验证下垂控制与鲁棒下垂控制方法的优缺点。结果表明,为了保证系统的无差调节以及更高的功率均分精度有必要引入二级控制,从而为后续二级控制方法的研究提供理论基础。(2)本文提出了一种基于多智能体系统一致性理论的孤岛交流微电网分布式二级控制策略。该策略将一致性理论引入到微电网二级控制中,实现频率精确调节、交流侧输出中间电压一致、PCC点电压精确控制以及有功功率和无功功率容量均分的目的。其中,交流侧输出电压运行于允许的误差范围内。本文所设计的二级控制器嵌套于本地控制器上,无需额外增设能量管理系统(Energy Management System,EMS)或MGCC,仅依靠邻接DG节点之间的信息交互即可实现孤岛微电网的分布式协调控制。(3)构建了状态变量相对较少的分布式二级协调控制的小信号模型。其中,底层下垂控制仅含3个状态变量,加入二级控制环节后状态变量为8个。该小信号模型设计方法与传统方法相比每个DG源的状态变量均减少10个,大大降低系统阶数与复杂度,更加适用于二级控制器参数对系统稳定性的影响分析。(4)一致性理论中耦合权重的最小边界与通信网络拉普拉斯矩阵的非零最小特征值有关,该值为一个全局信息。微电网系统中各DG在全分布式控制框架下无法使用获取该值。因此,本文将自适应一致性理论应用到无上层控制器的孤岛微电网二级分布式协调控制结构中,各DG无需知晓通信网络的拉普拉斯矩阵非零最小特征值,仅依靠自身以及邻接DGs信息自动调整其耦合权重。同时,针对自适应一致性算法在多扰动场合下易引发耦合权重累加甚至积分饱和的问题,对该算法进行改造,使其更好的适应孤岛微电网负荷随机波动的工况。(5)在单个孤岛微电网研究基础上延伸出微电网群(Multi-Microgrid,MMG)架构。地理位置毗邻的孤岛微电网可以通过微电网之间的互联实现集群化运作,使各微电网之间实现能量互济以提高供电稳定性、可靠性与经济性。本文以孤岛微电网群单总线的放射型网络为研究对象,将分组一致性(cluster consensus)算法应用到微电网群中实现各子网的分组一致性协调控制。其采用单层通信网络,且各子网间无通信耦合以实现通信通道数最小化。同时,针对无网间通信耦合的单层通信网络可能引发个别子微网过载问题,设计子网功率约束控制方法以保证各子微网实现功率分组一致的同时将发生过载的单个子网限制在允许输出的最大功率范围内。其缺少的功率由其余子网承担,从而避免功率过载问题。由于研究的孤岛微电网群含本地负荷,以PCC点电压精确控制与无功功率容量均分的Q-U二级控制器设计下交流侧电压可能发生过压。因此,本文通过引入自适应虚拟阻抗方法自动调整各DG的虚拟阻抗值以减少DGs间的电压偏差,从而有效缓解交流侧过压问题。