在传统电池储能系统中,单体电池由于自身电压和容量的限制,在使用时需要大量串并联成组,然后连接到变流器。然而电池组中各个单体的容量、内阻等参数存在不一致性,导致在使用过程中单体之间互相制约,使得电池组的能量利用率大幅度降低。为提高电池能量利用率,本文采用电池柔性成组技术,将含上百只单体串联的电池组分成多个低电压电池模块,并利用多电平变换器柔性成组。本文研究对象为电池柔性成组储能系统,从电池组参数的不一致性分析出发,分别从电池的能量利用率、系统分组优化、优化控制三方面展开研究:(1)综合考虑电池组内单体容量和内阻分布,建立了电池组可用能量、能量利用率与参数分布、放电电流的函数关系,电池组的能量利用率分析不仅为电池柔性成组提供了背景支持,同时为系统分组优化和优化控制提供了重要依据。(2)采用电池柔性成组技术,在设计电池柔性成组储能系统时,需要考虑多种因素对于系统能量利用率的影响,其中,电池分组数设计尤其重要。将电池分组后,一方面对于电池一致性要求下降,电池整体能量利用率提高,另一方面变流器数量增多,损耗增大,变流器效率下降。本文分别分析了电池的能量利用率和分组关系、变流器效率和分组数关系,采用统计和概率的方法对电池分组进行建模,对于一定数量、一定分布的电池,求解能够得到最大的系统能量利用率的分组数,实现分组优化。(3)在系统运行过程中,优化控制同样不可忽视,通过优化控制保持各个模块的SOC或外电压相对一致使用,同时使得每个模块内的单体实现充分地充放电。本文研究的优化控制内容包括两级:电池模块间均衡和电池模块内单体均衡,对于电池模块间均衡本文研究了 SOC均衡、外电压均衡方法,对于单体均衡,本文提出了基于可用能量最大化的主动均衡算法。本文分别对电池组能量利用率计算方法和分组优化模型进行了算例分析,同时以级联H桥多电平变换器为例,在Matlab Simulink中搭建了电池柔性成组储能系统的仿真模型,分别验证了 SOC均衡、外电压均衡方法,最后,分别设计实验验证了电池分组优化模型、基于可用能量最大化的主动均衡算法以及三相SOC均衡策略的有效性。