【涨知识】一篇文看懂钒电池储能系统管理控制技术

钒液流储能电池是一种广泛应用于风能、太阳能发电系统之中的大规模蓄电储能设备。文章介绍了钒液流电池的工作原理，并针对其运行特性和实用化过程中的能量效率、经济性、可靠性等关键问题，设计了一种储能管理控制系统，包括中心控制模块、电力转换调控模块、流量及输送控制模块、电池充放电管理模块、安全保护监控模块等，并总结了该系统的技术特点和应用前景。该系统可以实现对钒液流电池稳定、高效和安全的管理控制。

对新能源及低碳经济的追求使得世界各国都在大力发展风能、太阳能等绿色能源，但风能、太阳能等可再生能源发电过程不稳定和不连续，导致电网的电能质量下降，造成电能浪费和设备故障。因此，在风能、太阳能输入电网前，增加新型环保钒液流电池(VRB)储能系统进行能量平稳转换，就显得极为重要。

1.钒电池工作原理

钒液流储能电池系统是一种将风能、太阳能等能源与化学能进行能量转换和储存的系统。储能系统的主要单元是钒电池。与铅酸电池、镍镉电池等传统电池相比，在电池的内外部结构和工作运行模式上有其独特性，在性能上更适用于风能、太阳能等大规模储能电站及智能电网调峰等应用场合。它的主要组成部分为：电堆系统、电解液和电解液储存运送体系以及能量转换及其控制系统，如图1所示。

电池电堆是根据所需电功率大小，由数量不一的单电池按顺序排列组装而成。正、负极电解溶液分别装在两个储存桶中，分别通过化工泵驱动电解液流过电池电堆的正负极，在电池电堆内发生电化学反应，实现电能和化学能的转换。电池电堆的输出功率由电池电极的总面积决定；电池的容量由电解质溶液的总容量决定。

2.储能系统结构及各模块功能

钒液流电池储能系统涉及新能源发电、电池堆及电解液输送管理、电力电子转换系统、用电负荷或电力系统等多个组成部分，是电化学、化工、电气和网络信息等相互耦合的复杂动态体系，其运行特性与液流储能电池系统的组合方式、容量大小以及电力变换器、用电负荷、控制方式等多种因素相关。如何在保证系统运行安全稳定的基础上，提升整个系统的能量效率、经济性和可靠性是大规模液流电池储能系统实用化过程中必须解决的关键问题。因此，将高效电力变换技术、电池充放电控制及管理、先进传感与通讯技术及现代优化控制理论相结合，建立性能高效的钒电池储能管理控制系统，对全钒液流储能系统的高性能发挥及正常运行起着非常重要的作用。

储能管理控制系统由中心控制模块、电力转换调控模块、电解液流量及运送控制模块、电池充放电管理模块、系统安全保护监控管理模块等组成。