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近年来,随着化石能源的日趋减少和生态环境逐步恶化,以光伏和风力为代表的清洁能源发电越来越受到重视,但是由于新能源发电往往具有随机性和波动性等特点,实际应用时必然会对电力系统安全稳定造成一些负面影响。储能系统可以与新能源发电相配合,平抑光伏和风电的功率波动,产生良好的效果。储能系统种类较多,其中电池储能系统因为其多种优点得到越来越广泛的应用,尤其是近年来电动汽车得到飞速发展。随着电动汽车的普及和应用,大量电池投入市场,退役电池如何利用是一个难题,目前存在退役电池梯次利用较为困难,经济性和效率不高等问题。模块化多电平电池储能系统(Battery Energy Storage System based on Modular Multilevel Converter,MMC-BESS)是基于模块化多电平变换器拓扑的一种新型电池储能系统。将电池组分散接入模块化多电平变换器的各个子模块,可以实现对电池组的优化控制,提高电池的成组容量,并且可以通过环流控制各桥臂和各相之间的功率分配,实现电池电量和健康状况的精益化管理。将MMC-BESS应用于退役电池梯次利用,可以提高退役电池利用效率,获得良好的经济效益。MMC-BESS的调制方法是控制部分的核心,通过对调制方法展开研究,改善原有调制方法,设计新型调制方法,可以解决系统运行过程中的关键问题,提高系统运行的稳定性。本文对MMC-BESS的脉冲宽度调制方法进行了研究,主要讨论和分析了以下问题:(1)分析了 MMC-BESS子模块电池组的接入方式,为同时实现效率提升和成本降低,本文采用了电池组直接替换子模块电容的接入方法;介绍了 MMC-BESS子模块的工作原理,推导并建立了模块化多电平电池储能系统的数学模型。(2)分析了 MMC-BESS常用调制方法,并对比了多种方法的优缺点,对最近电平逼近调制和载波移相调制两种方法进行了详细分析和介绍。其中载波移相调制在MMC-BESS中具有优良的输出特性,因此从桥臂内调制以及N+1和2N+1原理等方面重点介绍了其工作原理。(3)针对MMC-BESS面临的子模块故障问题,讨论了子模块故障产生的原因和子模块故障穿越控制方法的国内外研究现状,分析了传统冗余模块运行策略,并提出了适用于MMC-BESS子模块故障穿越的重分配脉宽调制(R-PWM)方法。首先介绍了 R-PWM的整体控制方法,然后从实例入手,详细阐述了基本R-PWM方法和R-PWM相间补偿方法的工作原理,并用Matlab/Simulink搭建仿真进行了验证。(4)目前对MMC-BESS的研究大多停留在理论阶段,实际工作状况需要通过实验来验证,因此,本文搭建了 MMC-BESS三相25电平实验样机。给出了实验平台的设计参数,详细介绍了样机设计方案,包括子模块设计方案和主体部分设计方案。通过实验样机完成了开环控制、闭环控制、环流抑制以及R-PWM方法验证等实验,分析了相关实验结果,证明了所提R-PWM方法的正确性。