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电池储能系统能够削峰填谷、平滑新能源功率波动、提升电力系统稳定性;其中功率转换系统(PCS)是电池储能系统与电网进行功率交换的关键组成部分。当将模块化多电平变换器应用于PCS组成电池储能型模块化多电平变换器(MMC-BE SS)时,其具有结构模块化、电池分布式化等特点。为提升MMC-BESS可靠性,利用其模块化特性对其子模块容错运行和子模块电池侧容错运行进行研究。基于MMC-BESS的拓扑结构和工作原理分析,得到其直流侧等效模型和交流侧等效模型;介绍了载波移相调制策略及其在子模块热备用下的实现方法;对功率、子模块电容电压、环流和电池荷电状态(SOC)均衡等控制策略进行分析,并搭建仿真模型对相关调制和控制策略进行验证。针对MMC-BESS子模块容错运行,采用开关函数模型对其机理进行分析,得出当上、下桥臂的子模块故障率不同时,会导致基频环流的产生;且基频环流的有功分量与上、下桥臂子模块故障率差值相关。为了保证系统在子模块容错运行时外特性不变,本文提出通过对基频环流的给定值进行调整实现控制基频环流在MMC-BESS三相内部流动的控制策略;由于子模块容错运行时各桥臂子模块数量不再一致,在此对原有的子模块电容电压控制策略进行改进,提出了一种以桥臂内电容电压均值为反馈值的控制策略,实现了子模块电容电压故障前后均衡。由于子模块容错运行导致各相环流发生变化,在此对容错运行时的桥臂电流峰值和子模块电容电压波动进行了研究,对于系统应力设计提供参考。之后通过仿真验证了控制策略和理论分析的正确性。针对MMC-BESS子模块电池侧故障时的容错能力研究,首先对于各桥臂电池侧故障子模块数量完全一致的对称故障情况,结合外特性不变约束、子模块功率平衡约束和调制约束,提出了一种解析计算容错能力的方法,即MMC-BESS最大电池侧容错数量与功率关系、调制度等参数的解析关系。之后将该方法推广至各桥臂电池侧故障子模块数量不完全相等的不对称工况,给出了利用计算机求解的计算方法。并通过仿真验证了对称工况和不对称工况时的运行边界。为了验证上述理论分析的正确性,利用实验室的MMC-BESS平台基于子模块热备用对于正常运行工况的调制和控制策略、以及在子模块容错运行时的机理分析和控制策略进行了验证。