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储能系统既可作为发电单元又可作为负荷单元的独特双向调节作用,使其可以有效提高电网接纳可再生能源并网发电的能力。随着大规模可再生能源并网渗透率与日俱增,储能作为平滑可再生能源出力波动的有效方法,其接入电网的容量与电压等级也越来越高。级联H桥多电平变换器用作储能系统的功率并网装置,具有优点：可以通过低压器件形成高压输出；电池储能单元采用分布式配置,易于其能量管理系统设计；基于H桥的模块化结构便于储能系统扩容。因此级联H桥储能变换器在高压大容量储能系统领域有着较大发展潜力。本文采用级联H桥多电平变换器作为储能系统功率调节装置,研究了以下问题：(1)电池或超级电容储能单元具有短时大功率放电能力,在储能系统配合可再生能源并网发电时如果要利用这种能力,储能PCS功率等级需要设计为储能单元额定功率的数倍；当储能系统工作在额定功率以下,PCS将存在较大剩余容量导致利用率不高。这一问题目前很少被关注。为解决此问题,本文研究了储能系统平滑可再生能源输出功率波动与有源滤波的复合控制策略,在储能系统实现平滑波动功能的基础上,利用其PCS的剩余功率容量实现有源滤波功能。(2)级联H桥储能变换器的分布式储能单元结构容易导致直流侧储能单元电压或容量不均衡。基于建立级联H桥储能变换器的功率模型,从能量角度考虑了相间直流链电压均衡问题,研究了相间直流链电压偏差、各相注入均衡功率与均衡时间的相互关系；在此基础上提出了最大零序电压注入法与最大负序电流注入法的相间直流链电压快速均衡控制策略,并推导了最大零序电压与最大负序电流的求解方式。(3)级联H桥储能变换器H桥直流链电流含有大量纹波电流,纹波电流会对储能单元性能产生不利影响。基于理论推导与仿真分析表明直流链电流中含有直流分量、低频电流分量、高频电流分量；通过H桥纹波电流电路模型研究了三种无源滤波电路抑制直流链纹波电流的传输特性；在此基础上,本文提出了基于buck/boost型DC-APF的级联H桥储能PCS电路拓扑与基于耦合变压器CTDC-APF的级联H桥储能PCS电路拓扑,并研究了利用有源滤波器滤除H桥直流链纹波电流分量的控制策略。(4)级联H桥多电平变换器通常被用作储能逆变器,研究发现其具有用作直流储能变换器的可行性。本文提出了级联H桥结构的交直流储能变换器电路拓扑；并详细研究了级联H桥变换器作为直流DC/DC变换器的工作原理与关键控制策略。(5)研制了5电平级联H桥PCS试验样机,介绍了样机主电路与控制电路的硬件结构和控制软件架构,实验初步验证了部分控制策略的效果。在此基础上,搭建了配合光伏发电的混合储能实验平台,实验研究了储能系统平滑光伏输出功率波动的效果。