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储能系统作为智能电网和微电网系统的重要组成部分,在电力系统的稳定高效运行、提高供电质量等方面具有重要作用。混合储能系统(Hybrid Energy Storage System,HESS)结合多种储能技术的性能优势,能够同时满足复杂场景下的功率、容量、寿命、体积和成本等需求。而级联多电平结构作为模块化的储能功率转换系统(Power Conversion System,PCS)拓扑方案,凭借着易于拓展、输出电压等级高及输出电能质量优等优点,在中高压、大容量HESS中有着广泛应用前景。然而,链式HESS不同储能链节的串联关系造成了各链节功率解耦控制存在困难,储能元件与电力电子装置相互耦合,以及HESS复杂多样的工作模式也造成了链式HESS等效建模及状态估计存在困难,从而影响多个链式HESS的分布式控制,难以实现在储能元件不对称和储能单元不对称情况下,多个混合储能单元功率合理优化配置。因此,本文针对以上三个问题进行研究。首先针对链式HESS内部功率控制,提出了混合载波层叠调制技术(Hybrid Level Shifted PWM,HLS-PWM),通过对传统载波同相层叠(Phase Disposition,PD)调制进行改进,归纳出HLS-PWM用于HESS的两种基本模式,并在此基础上研究不同功率因数下超级电容器充放电控制,进而分析了基于HLS-PWM的链式HESS功率控制方法,最终实现能量型/功率型储能元件的功率不对称控制。其次对链式HESS建模及状态估计提出了以等效调制度为核心的链式HESS状态估计以及化简方法,构建了HESS等效电路模型,并提出了考虑多种工作模式的链式HESS等效荷电状态(Equivalent State of Charge,ESOC)指标,用于描述储能系统实际可用剩余能量,进而根据HESS等效电路模型化简得到链式储能系统广义等效电路模型。最后对链式HESS分布式控制提出基于离散一致性的HESS分布式控制方法,通过在分模式变下垂系数控制的基础上叠加ESOC调节项,将ESOC归一化处理得到标准化ESOC―<ESOC>,并利用离散一致性理论迭代计算全局<ESOC>的平均值,作为下垂控制中ESOC调节的指令值。最终实现在考虑不同工作模式下,各HESS单元按照最大输出有功功率的比例进行分配的同时,减小各储能单元<ESOC>指标差异,保障各储能单元处于合理工作区间的分布式储能系统功率优化配置。所提的HLS-PWM调制、链式HESS建模及SOC估计方法,以及分布式控制算法均通过MATLAB/Simulink仿真平台进行了验证,同时搭建了基于级联H桥的蓄电池/超级电容器HESS实验平台,对所提HLS-PWM调制技术进行了实验验证。