随着分布式发电和智能电网的兴起，储能技术逐渐成为电力系统安全、优质运行的重要手段。能量转换系统（Power Conversion Systems，PCS）是储能系统的重要组成部分。基于DC/DC和DC/AC级联而成的两级式PCS具有可以灵活配置电池组，能够准确可靠地管理电池的充放电等特点，广泛应用于大规模的电池储能系统中。本文以两级式PCS为研究对象，对其独立运行控制策略、控制器设计、主动脱网的平滑切换控制策略做了详细的分析和研究。基于独立运行模式下PCS的工作原理，得出DC/DC、DC/AC变换器的协调控制策略。在此基础上，采用开关网络平均模型法推导出DC/DC变换器数学模型，选择了输出电压瞬时值外环和平均电感电流内环的双环控制策略，利用Bode图的方法设计了控制器参数，并且进行了仿真验证。结合并网工况的控制策略，选择在αβ坐标系下对DC/AC变换器采用负载电压外环电容电流内环的双环控制。为了实现负载电压的稳态无差，引入比例谐振控制器（Proportional Resonant，PR），在分析各参数对系统特性影响的基础上，采用一种参数解耦简化解析设计方法。最后通过仿真验证控制策略及控制器设计的可行性。介绍了两级式PCS的双模式运行控制策略，仿真验证级联系统独立运行的可行性。为了保证本地关键负载的可靠运行，引入无缝切换技术。结合晶闸管的关断特性和切换要求，在从电路模型角度分析自然切换的暂态过程的基础上，提出一种应用于两级式PCS的主动脱网平滑切换控制策略。分析电流自然过零切换仿真波形，比较得出本文的切换策略优越性。研制了两级式PCS实验平台，分析了用于切换的静态转换开关（Static TransferSwitch，STS）并进行驱动电路设计。在此基础上，进行相关实验：单级DC/DC变换器带电阻负载实验、单级DC/AC变换器带电阻负载实验、两级式PCS独立运行实验、两级式PCS主动脱网切换实验。实验结果验证了本文提出的控制策略的有效性及控制器设计的准确性。