随着新能源如太阳能、风能等在分布式系统中的不断渗入,直流微电网因其在直流电源、直流负载、直流储能系统上的高效集成,而获取了越来越多的关注。作为直流微电网的重要组成部分,储能系统直接连接在直流母线上,随着充放电指令的变化,向直流母线传输能量,或者从直流母线上获取能量。在直流储能系统中,储能载体的建模与荷电状态(SOC,state of charge)估计,低压储能系统通过级联而与高压直流母线相连,以及储能系统的故障冗余,是值得研究的几个方向。在储能载体的建模与SOC估计方面,本文为提高SOC估计的精度,对锂离子电池戴维宁(Thevenin)等效电路模型进行了改进,在此模型基础上增加了荷电状态部分。把电池的容量分为可用容量与不可用容量,电池容量一分为二的引入能很好的体现电池工作时的额定容量效应、不工作时的恢复效应以及时刻存在的自放电效应。同时,对荷电状态进行了新定义,通过荷电状态部分的模型来实时估计电池的SOC值,并建立SOC与开路电压之间的一一对应关系。另外,将戴维宁模型中的二阶极化RC网络升级为三阶,并且赋予这三阶RC网络实际的物理意义,从而更精确的反映电池的极化效应。在储能系统级联方面,MMC-B DC(Modular Multilevel Converter-Bidirectional DC-DC Converter)拓扑适用于高压大功率场合。本文给出了一种六个MMC-BDC模块级联的直流储能系统,同时给出了一种基于载波移相调制的双环控制策略。从而使得系统实现双向功率传输和实时模块电压均衡。在该控制策略下,较大的电压环增益系数将导致高压侧电抗器上出现较大的纹波电流;而较小的电压环增益系数将导致模块电压均衡速度的降低。因此,在设计控制策略时,需要对两方面进行折中。由于半桥IGBT模块电流、电压过载能力较弱,过高的di/dt、du/dt(电流、电压变化率)都将导致其损坏,使得上管或下管烧毁而不能正常工作。因此,提出了一种应用于MMC-BDC储能系统的含IGBT故障冗余均的压控制策略。在该策略下,当少部分IGBT故障时,系统仍能工作一段时间。该控制策略在一定程度上提升了储能系统的可靠性。在每一个章节后半部分,通过实验或仿真波形来验证所提出的电池模型、储能拓扑、常规的电压均衡控制策略以及含IGBT故障冗余均的压控制策略的正确性。