为应对即将到来的能源和环境困境,将电动汽车退运电池进行梯次利用,已成为学术界和工业界共识,但电池类型多样、结构各异、容量衰减不同,如何再成组、运行管理,以降低成本,是该产业发展中亟待解决的关键问题。目前国内外研究聚焦于电池重组、寿命预测、离散整合管理等,其中,电池柔性成组技术,借助电力电子装置实现多电池间接成组,具备电池状态监测和独立功率控制,提高能量利用率,降低了一致性要求和成本,也适合新电池,具有极好的发展前景。针对级联半桥拓扑储能系统,重点研究模块分布式控制、系统稳定性和运行性能,并将成果应用于工程化柔性储能变流器中,主要从以下几个方面展开。(1)分析级联半桥拓扑储能系统的工作原理。电池与半桥拓扑装置构成电池功率模块,具有独立控制核心,模块输出串联构成储能组串,多个组串并联构成储能系统。级联半桥拓扑适合中低压直流母线、中等功率应用,分布式控制适合成本控制较高的场合。从电池功率模块的基本原理和参数设计出发,提出模块的多重化调制方法,并进行系统参数设计,评估脉冲死区时间对控制的影响,通过仿真和实验验证了多模块的载波移相方法。(2)针对级联半桥拓扑储能系统,进行分布式控制设计。将微网中广泛应用的变换器并联下垂控制,依对偶原理,引入到模块串联系统中。建立了电池功率模块和储能组串的小信号线性模型,给出储能组串功率调节和模块独立功率控制方法,具备部分模块冗余能力,为适应电池状态变化,直流母线电压允许适当调整,储能组串的功率二次调节可补偿模块下垂控制的静差,并通过仿真验证了分布式控制设计的正确性和有效性。(3)级联半桥拓扑储能系统经双向DC/AC变换器接入交流电网,储能组串控制储能功率,双向DC/AC控制直流母线电压,在小信号模型基础上,推导了储能系统的闭环阻抗,利用阻抗比判据,分析系统稳定性。储能组串功率一次调节存在静差,推得下垂系数范围和允许冗余模块数,利用小信号模型研究储能功率调节、直流母线电压调整、模块切出/切入对功率控制的影响,并给出提高储能动态性能的方法,实现了储能系统的稳定可靠运行。(4)为验证级联半桥拓扑储能系统的模块分布式控制和运行性能分析,研制了柔性储能变流器装置,并应用于实际工程项目,验证了级联半桥拓扑储能系统的电池柔性成组、模块多重化调制、模块分布式控制、系统的稳定性和运行性能分析理论,装置具备了良好的稳态和动态响应性能,满足了项目实际需求,也为相关工程化项目提供了借鉴和参考。