大规模电化学储能被认为是支撑高比例可再生能源电力系统安全运行的关键技术。大规模储能通过串并联结构将低电压、小容量单体电池组合实现高电压、大容量、规模化应用,因单体电池性能的分散性及其运行路径、工作环境的差异性,导致各单体电池荷电状态及健康性能的不一致性和时变性,制约着储能容量的充分利用。准确估算电池状态、减小电池分散性、优化系统运行路径是实现储能系统尽限利用、安全运行的关键。论文以200Ah铅碳电池为研究对象,针对电池储能系统平抑微电网功率波动遇到的电池状态估算、性能劣化电池优化管理及系统控制策略设计等技术难题进行深入研究,主要工作如下:(1)基于Thevenin等效电路模型的铅碳电池状态估算。储能电池性能衰变性及运行路径依赖性决定其外特性参数呈时变非线性,传统估算方法未考虑电池性能老化的影响,导致电池状态全生命周期估算适应性差。论文分析了铅碳电池存储电量-端电压形成机理,提出了基于Thevenin模型的铅碳电池开路电压、阻容参数辨识方法,基于大量电池充放电试验数据,挖掘出能够反映电池性能老化特性的铅碳电池工作电压与电池可用电量的关联关系,据此提出一种基于满放状态开路电压-可用电量关系的铅碳电池状态估算新方法,实现了电池状态的高精度估算,为储能电池均衡管理和储能系统优化控制奠定基础。(2)考虑电池性能衰变性、状态分散性的铅碳储能电池组均衡管理。单体电池性能衰变性及运行路径、工作环境差异性扩大储能电池组中串联电池间电压和并联电池间电量分散性问题,造成储能电池过充过放、系统容量利用率降低。论文分析了造成电池电压、电量不一致的原因,分别提出考虑电池状态的并联电池组电量均衡控制策略、基于电池电压通过隔离型反激变换器实现电量转移达到串联电池电压均衡的电路拓扑及可实现故障电池在线更替的电路拓扑。最后结合电池管理技术相关理论,设计了可对108节电池储能系统进行实时管理的电池管理系统(Battery Management System,BMS)硬件实验平台,并对BMS中主要功能组件的设计过程和设计理念进行了详细介绍。(3)计及电池状态约束的铅碳电池储能系统运行控制。在含可再生能源发电和波动性负荷的微电网中,利用储能系统平抑波动功率时,存在储能电池充放电路径优化问题。论文分析了微电网中源-荷波动特性及电池储能系统运行特性,基于双电池储能系统(Double Battery Energy Storage System,DBESS)充放电分离运行模式,提出了 DBESS运行平衡度指标控制的储能系统充放电路径优化策略。通过对DBESS充放电路径的控制,实现了 DBESS电池状态的优化,提高了 DBESS运行状态的协调性及灵活性,拓展了 DBESS可用容量,增强了电池储能系统双向调节能力。