近年来,微电网以其环境友好性和控制智能灵活性而成为许多国家电力发展的战略重点。双向变流器作为微电网中储能系统与交流母线连接的桥梁,已成为研究的热点。本文以三相电压型半桥结构的PWM变流器作为微电网双向变流器研究对象,详细分析了其主电路拓扑结构、工作原理及各坐标系下的数学模型,同时给出了实验样机的设计过程,并对其控制方法进行了深入研究。本文的主要工作和成果如下:1.根据微电网系统对于双向变流器性能的要求,选用三相电压型半桥结构的PWM变流器作为微电网双向变流器研究对象。根据其主电路拓扑结构,详细分析了微电网双向变流器的具体工作原理及整流运行与逆变运行的换流过程。并分别建立了微电网双向变流器在三相静止坐标系(a,b,c)、两相静止坐标系(α,β)及两相旋转坐标系(d,q)中的数学模型。2.设计了微电网双向变流器功率主电路的参数,并完成了控制电路的硬件设计和软件设计。硬件设计主要包括DSP最小系统设计、交流直流检测电路及相应的信号调理电路设计、过零检测电路设计、驱动及保护电路设计和电源模块设计;软件设计主要包括主程序设计、中断服务程序设计和各个子程序设计。并搭建了微电网双向变流器实验样机。3.基于微电网双向变流器在两相旋转坐标系(d,q)中的数学模型,分析了其采用电压电流双闭环控制的整体控制结构。根据变流器系统时变非线性、强耦合的特性,提出一种基于现代非线性控制理论的复合控制方法。该方法电流内环采用反馈线性化控制,通过非线性状态及反馈变换,将变流器非线性系统精确线性化,并完全解耦了系统的有功电流和无功电流。电压外环采用滑模控制,充分利用其对系统参数变化鲁棒性好的优点,解决了变流器系统时变参数的问题。同时给出了双闭环传统PI调节器的设计过程。最后分析了SVPWM的调制过程。4.建立了微电网双向变流器的仿真模型。通过与传统PI控制方法比较分析,结果表明,采用电流内环反馈线性化控制、电压外环滑模控制的复合控制方法时,微电网双向变流器在实现单位功率因素双向变流运行的同时,具有更为优越的动、静态性能,其网侧电流动态响应速度快、跟踪精度高、谐波电流小,并且其直流侧电压具有快速的动态响应速度和较好的抗干扰性及鲁棒性。这些优点,使得采用复合控制方法的双向变流器减少了对微电网交流母线的谐波污染,并提高了后端电池储能系统的充电效率,实现了“绿色能源变换”。