微电网是由分布式发电、局部负荷、储能设备等形成的小规模电力系统,其既可以连接到传统电网进行并网运行,也可以脱离电网进行孤岛运行。由于分布式电源的异质性和小惯性及负荷的多变性,导致微电网的控制管理成为一个极具挑战性的问题。孤岛运行的微电网不仅需要实现频率同步和电压稳定,也需要实现有功和无功功率控制。下垂控制策略被广泛地用于实现孤岛微电网的分散自治控制,但是下垂控制导致频率和电压幅值偏离额定值及非经济的功率分配。为了实现微电网的稳定且经济高效运行,基于通信的传统控制策略采用集中式的控制结构,导致通信和计算负担大、鲁棒性和可扩展性差等缺点。针对这些问题,本文利用多智能体分布式合作控制理论,对微电网中的分布式发电单元进行协调控制;保证频率和电压幅值恢复到额定值的基础上,实现经济的最优有功功率分配控制。论文的主要创新点如下:(1)针对频率和电压恢复问题,提出一种固定时间收敛的分布式二次频率和电压恢复控制器。采用固定时间李雅普诺夫理论分析了控制系统稳定性,分析表明收敛时间存在不依赖系统初始条件的上界,该优势使得根据任务需求来离线设计收敛时间成为可能。仿真结果验证了所提出二次控制策略的有效性。(2)针对经济调度问题,基于等增量成本原则,提出一种固定时间收敛的分布式经济调度算法。所提出的算法满足供需平衡等式约束和发电容量限制不等式约束,算法的收敛性和最优性通过固定时间李雅普诺夫理论进行了分析。仿真结果说明了所提出经济调度算法的正确性和优越性。(3)针对最优有功功率控制问题,基于固定时间分布式二次控制策略和经济调度算法,提出三种分布式最优有功功率控制策略。一是基于增量成本下垂的分布式控制策略,二是基于分层控制的分布式控制策略,三是基于直接优化下垂控制器参数的分布式控制策略。仿真结果展示了所提出策略的有效性。