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随着分布式发电技术的迅速发展,大量以风能和太阳能为基础的分布式电源接入了电网。分布式电源输出功率的波动性会引起一系列电能质量问题。储能技术是改善电网电能质量的有效手段,然而单一的储能方式不能同时满足电网对功率型储能和能量型储能的要求。此外,储能系统通常基于两电平变换器,这也限制了其在高压大功率场合的应用。因此,本文在总结了国内外对复合储能技术和基于MMC的储能系统相关研究的基础上,提出了基于MMC的一体化复合储能系统(Modular Multilevel Converter-Hybrid Energy Storage System,MMC-HESS),并对其关键技术进行了研究。首先,对MMC-HESS的拓扑结构进行介绍。MMC-HESS由锂电池储能系统和超级电容储能系统两个部分通过MMC拓扑组合而成。在此基础上,介绍了超级电容储能系统中MMC的基本原理和锂电池储能系统中双向DC/DC变换器的基本原理。此外,对锂电池储能元件和超级电容储能元件的等效电路模型进行了选择,并确定了各自荷电状态SOC的计算方法。其次,研究了MMC-HESS系统控制策略,其核心为MMC的控制策略和双向DC/DC变换器的控制策略。其中,MMC控制策略包括电流内环解耦控制策略、功率外环控制策略和超级电容储能子模块电容电压均衡控制策略。双向DC/DC变换器的控制策略包括内环电流控制策略和基于SOC均衡的功率外环控制策略。通过Matlab/Simulink仿真验证了MMC的控制策略以及双向DC/DC变换器的控制策略的有效性和可行性。再次,对MMC-HESS能量管理策略进行了研究。其中,功率分配策略将需要由MMC-HESS吸收或者释放的分布式电源功率波动分成高频分量和低频分量,分别作为超级电容储能系统和锂电池储能系统充放电功率指令。功率调节策略根据两种储能元件的SOC对功率指令进行独立调节,防止储能元件发生过充过放情况。功率协调策略根据锂电池储能系统和超级电容储能系统的充放电状态以及功率调节量,将MMC-HESS总功率调节量在两种储能元件中进行协调分配。功率限幅策略将超级电容储能系统和锂电池储能系统充放电功率限制在一定范围内,保证MMC-HESS的安全运行。MMC-HESS能量管理策略的有效性和可行性通过Matlab/Simulink仿真进行了验证。最后,基于dSPACE搭建了三相12个子模块的小功率MMC-HESS实验平台。分别在MMC-HESS放电状态和充电状态下,完成了对MMC控制策略、双向DC/DC变换器控制策略和部分能量管理策略的实验验证。实验结果与理论研究以及仿真结果相符,证明了本文提出的MMC-HESS及其控制策略的有效性和可行性。