康维特电气彭小超：液流电池储能系统的多种PCS解决方案

在储能行业竞争激励的背景下，储能系统对安全性和成本降低的需求，推动着电芯技术、储能逆变器（PCS）、电池管理系统（BMS）、能量管理系统（EMS）等关键部件的技术革新。特别是在液流电池高速发展的今天，作为储能系统的核心组件——储能PCS/EMS的技术持续迭代和升级显得尤为重要。

在2024中国国际新型储能发展峰会（INES2024）上，深圳市康维特电气有限公司彭小超总经理带来了液流电池储能系统的PCS解决方案。

2022年之后液流电池非常火爆，受到资本的追捧，累积融资金额20多亿，各个行业都向液流电池靠齐。首先通过一系列液流电池的参数来看，液流电池与锂电池就存在比较大的差异。以全钒液流电池为例，电压功率大的在400和600多伏，功率小的大概就是几十伏，还有200伏到300伏之间，它的电压特点与常规的锂电池PCS难以匹配起来，同时电流还很大，所以它的电池参数决定了它与锂电池的差异。全铁液流电池的参数，电压700-1500伏，电流也比较大，兆瓦级的参数，同时还有电压36-58伏，300多万电流的电气参数，所以全铁与全钒液流电池又有比较大的差异。锌溴，江苏一家做液流电池专注的材质，电压参数是400-720伏，100多万的电流，还有500-800多伏的电压参数，它与全钒有些相当，也有些差异，电流是比较大的，400A。锌铁的电流比较低，40-70伏，电流2400A，80-140伏，电流2400A。总结来看，这四种材质的液流电池共性是有电压低/中/高电流大的，同时要支持零伏启动，所以液流电池PCS与锂电池主流PCS特性存在着很大的差异，不能做到共用。

液流电池储能PCS解决方案

第一种方案是组串式PCS，通过ACDC的PCS，直接接入交流400伏电网，ACDC通常是两级并换的，把液流电池相对比较低的电压升起来，然后接入400伏的交流电网。采用15千瓦的模块，交流三相，电池40-350伏，恒流100A，用多模块并联，能够支持从100A到2000多A的电流。优势为：更安全可靠，全高频隔离设计，确保电池与电网之间的安全，具有可靠的多模块并联功能，单个机位可以实现16个模块，多个机位可以实现20多个甚至30多个模块。康维特电气直接通过液流电池ACDC模块接入400伏的电网，其他公司是需要把液流电池电压通过公频变压器降下来，再支撑液流电池相对比较低的电压，加入公频变压器之后，它带来的成本会高一些，体积也会大一些。

第二种方案是集散式（DCDC+PCS），DCDC就是将液流电池进行升压或者分头接入这样一个功能，ACDC是能够与锂电池共用的PCS，行业里第一代PCS做到500K，630千瓦，现在模块化有100千瓦和125千瓦，与锂电池共用的PCS在行业的性价比是非常好的，DCDC就是要把液流电池电压与锂电池相吻合。DCDC有两种解决方案，DCDC1解决方案是60千瓦一个模块，直流母线电压可以做到1000伏，电池电压可以做到150伏到1000伏，180A；对于多模块并联，如6个模块并联可以做到1000A，10个模块可以做到2000多A，与液流电池比较好的匹配起来。DCDC2是15千瓦，功率小一点，但电压比较低，40-300伏，就像刚才讲的锌铁、全铁，有些比较低的电压场景可以用DCDC2将电压升起来，目前可以适配的电压是40-350伏的场景。这种方案的优点是兼具模块化和集中式PCS，电池可以分组接入，避免像锂电池这样环流造成的寿命问题，同时大功率的PCS成本相对比较低，电池与电网间隔离，安全性高。

第三种方案是PCS+电阻软启，拿掉了DCDC，直接用电阻实现零伏启动，在启动时实现比较大的电流，当启动完成之后，用接收器把电阻切掉，再用常规的锂电池PCS来实现液流电池的充放电，前提是液流电池的电压与锂电池电压要匹配起来，通常锂电池的电压要做到650-950伏，这种方案成本就很低，用电阻和接收器就把DCDC拿掉了。

第四种方案是PCS+DCDC预充电，这里用到了DCDC，但是DCDC的功率比较小，充电时间可能比较长，设定时按照30%的功率来选取DCDC。充电完成之后，就可以把DCDC拿掉。正常工作充放电时，用接收器进行接入，这样也实现了节省成本，前提是液流电池与锂电池匹配，做到650-950伏之间，如果再高一点，与1500伏的PCS搭配，成本会更低。

通过对比这四种方案发现，第一种方案模块数量比较多，可能实现300千瓦以下工商业液流电池解决方案；第二种方案适合400千瓦以下的解决方案；第三种方案可以与锂电池匹配起来，充电时间比较长，性价比可以做得比较好；第四种方案PCS+DCDC，当充电完成之后，用接收器把DCDC切断掉，就能与液流电池匹配起来。第一种方案成本高效率低，方案二到方案四成本逐步优化，效率逐步提高，与锂电池98.5%、99%的效率相当。

这是EMS解决方案。

液流电池中的EMS需要与BMS进行通线，这是本地的控制器，支持维护，开机加热、保温关机、长期关机等功能。这是云端的控制器。

PCS和EMS在液流电池项目上的应用案例

案例一：江苏某1000A与2500A液流电池储能系统。一期是在室内测试台，1000A，液流电池电压比较低，100多伏；二期做了室外，工商业园区200千瓦的液流电池储能系统，用于削峰填谷。项目采用的是PCS+EMS+配电柜整体解决方案，把24个模块并联起来了，构建了一个2500A的储能变流器系统，目前项目运行了三年以上。

案例二：上海某100kW/400kWh 液流电池储能系统，也是采用了组串式PCS+EMS+视频监控+集装箱整体解决方案，项目于2013年下半年交付的。

案例三：浙江温州50kW液流电池储能系统，这是锌溴液流电池项目，电池电压相对比较高，500-700伏之间，成功应用于温州锌时代储能项目。

案例四：江苏徐州工商园区用户侧储能项目，采用PCS+EMS解决方案，直流侧电压范围：201-310.5V，电流范围：338- 522A，成功白天利用光伏发电，光伏发电不足通过EMS调用给储能充电，PCS+光伏构建的光储系统。

康维特电气作为专注于储能变流器及解决方案的高新技术企业。打造系列模块产品，可应用在直流微网、光储直柔等零碳建筑；分布式并离网储能一体柜；光储充检电池一体机；双向ACDC/DCDC充电桩；支持零伏启动，适配低压大电流如液流电池、超级电容等，适配液流电池向并离网型的场景和定制化方案，为客户提供一站式贴心服务。

液流电池是一个新兴行业，更大规模、更高能量密度、更长使用寿命以及更高的安全性能需求的液流电池对储能系统效率和成本都有着比较大的改善，储能PCS企业也将会在求新求变中不断寻找着最佳解决方案。