我国属灾害频发国家,灾害可对核电、重大工程造成巨大损失,储能系统能够为核电站、重大工程、通信、抢灾救灾、国防等要害部门提供持续可靠的电能。因此开展包括采用燃料电池、锂电池、超级电容等多能源储能融合技术的研发,并研制满足可靠、长备用不间断供电要求的装置具有重大意义。本文在回顾多能源储能系统国内外研究现状及其发展的基础上,针对重大工程供电电源的需求开展了多能源储能系统的架构、保护以及容错技术的研究。本文第一章介绍了多能源储能系统的应用与前景,并针对本文主要的研究工作,回顾了多能源储能系统的研究及应用的现状。系统架构是构建多能源储能系统的基础,它直接关系到供电效率、系统成本、可靠性以及灵活性等性质。本文第二章首先建立了多能源储能系统架构的抽象模型。在此基础上,提出了多能源储能系统架构的系统演绎方法。基于功率变换效率、可靠性和经济性三个测度,分别建立了多能源系统架构评价的定量分析数学模型,并开展了多能源储能系统架构的评价方法的研究。基于架构演绎和评价方法,对面向重大工程的多能源供电电源系统进行了架构设计。并对比分析了多能源储能系统与传统单一储能系统的可靠性和经济性。变换单元快速短路故障隔离是保证整个多能源储能系统安全运行的关键。针对多能源储能系统的保护技术,本文第三章首先分析了系统的短路故障机理,基于故障电流特征,发展了基于故障电流方向的短路保护方案。该方案不需要依赖任何变换单元之间的通信,提高了保护的快速性。并设计了基于固态断路器的隔离方案,分析了固态断路器寄生电感对高斜率故障电流检测的影响。通过补偿寄生电感影响的故障电流测量方法,提高故障电流的检测精度,并进行了实验验证。容错技术是提升多能源储能系统可靠性的重要途径。针对多能源储能系统的容错技术的研究,本文第四章从系统级层面分析了提升多能源储能系统应对电源故障的容错能力。首先,具体分析了不同故障情况下,系统的容错运行方案。基于多能源储能系统的架构和控制系统,提出了一种分层容错控制策略。容错策略主要基于变换器本地直流母线电压的检测,减少了对通信的依赖,提升了方案的可靠性。详细给出了容错运行方案的参数设计方法。以重大工程的多能源供电的超级UPS系统为例,给出容错运行策略的具体实现方案,并开发了满足多能源储能系统容错运行要求的标准功率变换单元的设计方法。最后,进行了实验验证。本文第五章介绍了多能源储能系统的协同控制方案和试验平台。首先,以面向重大工程的多能源供电电源系统为背景,制定了多能源供电优先级并设计了多能源协同方案,得到了多能源系统的工作模式。为了验证多能源储能系统架构的合理性、系统控制策略、保护策略以及容错设计的有效性,建立了 100kW面向重大工程供电的多能源储能系统平台。基于模块化思想,搭建了采用标准化功率变换单元的多能源储能系统功率变换装置。开发了上位机平台及其以太网通信系统架构。实验验证了系统设计的合理性和协同控制策略的可行性。最后,介绍了面向重大工程的应急电源应用示范系统。最后,第六章对本文的主要贡献进行了总结,对进一步的研究工作做出了展望。