可再生能源具有随机性、间歇性和波动性,大规模并网会严重影响电能质量。储能技术的提出,有效地弥补了可再生能源在并网发电中的不足。储能变流器作为储能系统与电网之间交直流能量转换的关键装置,得到了越来越广泛的研究。针对现阶段大规模储能发展要求,本文提出级联交流高频链双向变流拓扑结构,并围绕该电路关键技术展开研究。本文首先分析了单相级联交流高频链电路拓扑结构,结合级联多电平和交流高频链电路特点,以谐波优化为原则,提出了电路的综合调制策略。各高频链单元采用解结耦调制,并通过载波相移SPWM调制实现链节单元的级联。在此基础上,对5MW/35kV储能变流器主电路进行参数设计,完成关键元器件选型。针对储能系统工作于离/并网运行两种模式,分别分析了这两种模式下储能变流器的数学模型,研究其控制方法。独立运行时,采用基于电流内环电压外环的双环控制方法,仿真结果表明,在该控制方法下系统具有较好的带负载能力和动态响应能力;并网运行时,采用准PR控制,与传统PI控制相比,准PR控制更有利于实现无静差跟踪和谐波抑制。冗余控制是级联多电平电路的一个重要研究方向,当储能电池发生故障时,可以通过断开电池连接开关,形成基于电池和电容的混合储能系统。本文通过矢量分析得到混合储能系统稳定工作范围,提出了基于电压源型变换器和电流源型变换器的混合储能控制方法,仿真结果表明该控制方法能实现系统功率分配,提高系统稳定性。由于链节吸收和损耗的功率不一致,混合储能系统直流侧电池SOC和电容电压会出现不平衡现象。根据功率平衡条件,分析了几种平衡控制方法,分别是改变输出电压幅值、改变输出电压相位、同时改变输出电压幅值和相位的平衡控制方法,通过仿真对比了不同方法的调节性能。在此基础上,搭建了基于RT-LAB的单相级联高频链储能系统硬件在环仿真测试平台,设计了包括调理电路、控制电路、数模转换电路、电压转换电路等在内的硬件电路,通过半实物仿真实验验证了所提控制方法的正确性。本文对单相级联交流高频链双向储能变流器关键技术展开研究,为推动储能技术向高效率、大容量发展奠定基础,具有重要的工程应用价值。