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技术创新引领产业升级

DC1500V 集中式储能系统：大规模储能的主力军

发电侧和电网侧主要产品为MW级集中式大储，多采用集装箱一体机的形式，占比约90%。系统采用直流汇流的形式，直流高压成为降本增效的主要技术方案，目前市面上1500V储能变流器已经基本完成对1000V储能变流器市场的替代。

集中式储能PCS企业呈现头部集聚趋势，壁垒较高，对于拓扑结构的研发能力聚焦于安全、高效、数字化、低成本化。

对于我们熟知的电力类熔断器及开关类器件产品主要应用于储能系统中的电池侧及PCS系统中。根据应用场景的不同，电池储能系统的规模、电压、功率、电池串并联结构、及直流母线结构等均有差异，典型的集中式电池储能系统由若干级电池系统组成：

• 电池包内：由于此时电池尚未接入系统，一般除了电池包熔断器外，没有其它保护措施。短路电流一般为单个电池包的短路输出能力，典型值在10～20kA

• 电池簇：熔断器的最大短路电流为系统中所有其它电池簇并联后通过直流母线对短路点的短路输出能力。在大型系统中，该短路条件下电池簇熔断器可见的预期短路电流可高达100-150kA

• PCS直流侧：用作系统级保护。通过熔断器的最大短路电流则一般来自于系统直流母线上所接入的所有电池系统的短路输出，在大型系统中可超过200-250kA

以某大型集中式储能电站为例，该系统采用 DC1500V 电压等级，总容量达 5MWh。其主要由多个电池簇、集中式 PCS、直流配电柜、交流配电柜以及相关低压电器组成。

电芯（Cell）：一般为磷酸铁锂或三元锂电芯，单体电压在3.2Vdc左右，容量在314Ah左右。

电池包（Pack）：由若干电芯串并联后封装组成，典型电压值为332.8Vdc左右，容量约为104.5kWh。

电池簇（Rack）：由若干电池模组串并联在一个机架内组成，典型电压值为1500Vdc，容量在418kWh左右。

电池柜（Section/ Container）：由若干电池簇并联组成，一般为标准集装箱柜，容量可达5-10MWh。

在电池簇部分，每个电池簇由若干电芯串并联组成，典型电压值为 1500Vdc，容量在 418kWh 左右。电池包内一般除电池包熔断器外，无其他保护措施，短路电流通常为 10 - 20kA；电池簇预期短路电流可高达 100 - 150kA。为保障安全，选用额定电压 DC1500V、额定电流 400 - 630A 的熔断器进行短路保护，其分断能力可达 150kA/10ms、250kA/4ms；熔断器的优势是短路分断能力强，分断速度快，缺点则是短路后需要重新更换熔芯且aR快熔最小动作电流值无法和BMS形成完全覆盖。因此熔断器下一步需要向远程控制主动式方向发展。同时采用额定电压 DC1500V、额定电流 320 - 400A 的塑壳断路器，其分断能力 Ics = 20kA/10ms，IT 系统单极开断 2.5kA/10ms，隔离开关使用类别为 DC22A/DC23A，用于过载分断和电路隔离。随着系统电压提高至2000V，直流塑壳断路器下一步也要做到两极开断DC2000V，分断能力达到Ics=35kA（15ms）。

PCS 直流侧用作系统级保护，预期短路电流超过 200 - 250kA。此处采用直流框架隔离开关，绝缘电压 1600V DC，耐受冲击电压 12kV，短时耐受能力：Icw=100kA/1s，150kA/0.2s，使用环境温度 - 40℃ - 70℃，机械寿命 10000 次，电气寿命 500 次，使用类别DC21A/22A/DC23A。

交流侧采用交流框架断路器，额定工作电压 690V，额定电流 3200-6300A，短时耐受电流 Icw = 85kA/1s，用于控制电路通断和保护设备安全。

随着储能集成系统容量增加，传统串联升压方案会面临一些挑战。当储能电站的规模放大到百兆瓦以上时，就会出现直流拉弧、直流侧的并联容量损失、并联环流等问题，严重影响集中式储能电站的安全和效率；受上述因素制约，系统单机容量通常有限，随着并联设备增加，二次通信、协调控制变得更加复杂。

DC1500V 组串式储能系统：灵活高效的储能方案

组串式系统是将PCS离散化，比如将单台5000kW的PCS离散为24台210kW的PCS小机，每台小机直流侧接入一簇电池，交流侧集中并联，通过变压器升压后接入电网。优势是避免了电池簇之间的直流汇流，消除簇间环流，消除容量短板效应，提高电池使用寿命产品模块化。值得注意的是，2024 - 2025 年，储能与光伏、风电融合趋势明显。在用户侧，光储充、风储一体化项目落地，“光储充换检” 等车网互动场景兴起，满足电动汽车充电需求，参与电网调峰调频。在工业领域，储能为企业提供电力保障、降本增效，在偏远地区和海岛，储能与分布式能源结合构建微电网实现自给自足。

模块化设计方案主要用在用户侧，一般分为25/250/375kW三级

产品模块化：

面对工商业储能场景的需求多样性，PCS模块化可以应对未来工商业的灵活运营需要；此外，模块化的PCS可以更好地应对潜在的扩容场景，尤其是在电动汽车快充和4C超充电池的进一步普及后，可以通过调整模块数量，随时扩容，便于后期管理。

光储数字化：

从系统的角度出发，数字化技术，物联网已逐渐成为工商业储能场景下重要的竞争优势之一。围绕着工商业光伏+储能后期运维场景，行业部分企业开发了针对新能源+储能的大数据监测运维平台，形成了PCS向系统集成/EMS业务的延伸。

智能组串式的代表性厂商为华为，智能组串式对电池兼容性更强，能够实现一包一优化、一簇一管理，但其成本比集中式高 15-20%，技术相对复杂，拥有一级直流变换和一级交流变换共两级变换，效率相比集中式低，更适合工商业储能。

组串式储能系统典型拓扑

某工商业储能项目采用 DC1500V 组串式储能系统，该系统将 PCS 离散化，每台小机直流侧接入一簇电池，交流侧集中并联后通过变压器升压接入电网。这种架构有效避免了电池簇之间的直流汇流，消除了簇间环流，提高了电池使用寿命。

在电气安全方面：

• 电化学储能系统的电气结构部分，应符合IEC61140和IEC60364系列中涉及低压电气设备的技术要求。

• 额定电流及以下电流需要频繁合分，需要接触器来保证高寿命带载分合。

• 短路电流：由于磷酸铁锂电池放电能力强，在MWh级储能系统中，短路电流大，因此需要高电压大分断能力的熔断器来进行分断，保护系统安全。大短路电流在分断时需要与熔断器匹配的负荷隔离开关能够耐受住此电流，因此隔离开关要有足够的短耐能力。

• 大于保护电器额定电流，小于短路电流的电流：此电流如果利用熔断器进行保护，时间偏长，不能起到保护系统安全的作用；因此需要通过BMS监控电流，通过隔离开关的分励附件进行故障电流切断，因此需要隔离开关有大电流切换能力。

在电池侧，采用 DC1500V、额定电流 250 - 630A 的塑壳断路器（MCCB），极数为 2 极，额定极限分断能力 Icu = 50kA，额定运行分断能力 Ics = 20kA，具备一定单极短路分断能力，电气寿命 1000 次，能够满足电池组串和电池簇的保护需求。同时，搭配额定电压 DC1500V、额定电流 100 - 450A 的分支回路熔断器，使用类别为 aR，分断能力 DC100 kA（τ = 10ms），用于短路保护。

PCS 交流侧，根据功率和电流大小，选用额定工作电压 AC690V、额定电流 3000- 5000A 的交流框架断路器，分断能力（Icu = Ics = Icw）85kA，用于保护交流电路和设备安全。

户用储能系统：分布式储能的新宠

户用储能系统规模通常在5-10kWh级别，大圆柱电池（单体容量10Ah-50Ah），方形（50Ah-300Ah），软包（30Ah-80Ah）方案均有公司选用。

欧洲户储市场正经历低压向高压产品的迭代。低压平台储能电芯多为100Ah，高压平台逐渐向50Ah过渡。

高电压平台可降低电流，从而控制系统发热量，提高放电效率。储能系统容量不变的情况下，高压系统对应的电芯容量减小。

以某户用光储一体化项目为例，其采用直流耦合系统，光伏组件产生的直流电与储能电池相连，通过光储混合变流器实现与电网的交互。

户用混合式逆变器具备常规 DC/AC 变换功能，同时配置储能直流耦合 DC/DC 模块，主开关采用 DC1000V PV专用 旋转隔离开关，储能测电池容量典型值为5-20kWh。

户用储能系统典型拓扑

该系统中，光伏组串电压平台 DC1000V，采用四极串直流微断进行过流保护，直流微断额定电压 1P: DC300V/2P: DC600V/3P: DC900V/4P: DC1200V，额定电流 63 - 125A，分断等级能力 Icu = Ics = 7.5kA，机械寿命 20000 次，电气寿命 1000 次，且具有无极性磁吹功能，可有效熄灭分合过程中产生的电弧。伴随产品迭代升级，单极分断电压提高，未来四极串方案将向2~3极串方案改进，降本增效。

储能电池主开关采用 DC1000 - 1200V、63A 的直流旋转隔离开关，额定短时耐受电流 Icw = 700A，70度环温不降容，满足 DC - 21B、DC - PV1、DC - PV2 标准，能够可靠分断故障临界负载电流，在逆变器直流熔断器保护响应较长时，可远程快速切断电路，避免故障点发热引发火灾。

交流侧采用三相 AC400V 63A 微断（单相 220V），用于控制交流电路通断和保护交流设备安全。

电化学储能 产品应用标准进展

现阶段电化学储能行业

对低压电器的挑战

从 2023 年开始，光储系统开始出现从 1500V 迈向 2000V 的 “征兆”。今年各大展会部分企业发布了光储 2000V 高压系统产品。理论上，系统电压越高，整体转换效率也越高，单位投资降低，但受限于产业化升级的速度，目前 DC1500V 升级至 DC2000V 系统更多地为新方案尝试，其初始投资经济效益不及 DC1000V 切换成 DC1500V 系统来的明显。同时现实还需要综合考虑安装、运维、产业级的零部件等一系列情况，尤其是在安规方面。

业内目前电池储能系统主要采取集中式 PCS，多组电池并联将引起电池簇之间的不均衡，久之并联电池簇中会出现一部分电池实际出力不足，而另一部分超出倍率使用的现象，造成 “木桶” 效应；而组串式 PCS 可以实现簇级管理，提升系统寿命，提高全寿命周期放电容量，规模化应用趋势已见雏形。

电气类风险需要通过多级的电气隔离和系统关断来进行预防，同时需要对储能系统进行全面的多级安全设计，以覆盖不同的风险源，精确识别储能系统风险因素。

在储能系统中，接触不良、接线断裂、绝缘材料老化、碳化、电线破损等原因都可能产生电弧。直流拉弧有 3 种类型，包括串联电弧、并联电弧和对地电弧。储能电站交流侧防护相对成熟、相关标准也相对完善，但断路器分断故障电流时喷弧、低压侧绝缘击穿等仍然存在，进而带来安全隐患甚至可能引发安全事故。

不同容量变压器和线路阻抗下故障电流可能达到25kA以上甚至30kA，常规的 AC690/800V 塑壳断路器在分断短路故障时，高温带电离子/颗粒物喷出，容易引起绝缘击穿，进一步导致分支母排或者主母排短路。母排短路时，会引起内部进一步连锁放电和故障扩散。

箱变喷弧引发的安全事故

在储能电站的直流侧接地故障中，如果发生接地故障，可能造成系统短路，导致设备故障损坏，严重影响电站安全。当 IT 系统发生极小概率二次接地故障时，断路器单极会承受全电压，这是最严重的故障情况。在电气安全中，绝缘故障是主要的安全风险之一，绝缘失效大多是由于电场、热、化学等因素综合作用下，绝缘材料的绝缘性能降低，导致绝缘性能破坏。

变流器绝缘故障导致起火事故

此外，储能系统还面临空间局促、密集安装、器件裸露，长期满载、恶劣工况运行，高电压耐受与开断，直流临界负载电流开断困难，二次接地故障单侧模组承担额定电压开断困难，瞬时放电脉冲触头闭锁状态应对弹跳拉弧等问题。

总结与展望

电化学储能未来，前景无限

随着新能源产业的持续发展，电化学储能在电力系统中的地位将愈发重要。作为储能系统的关键组成部分，低压电器将迎来更广阔的市场空间。未来，低压电器将朝着高性能、高可靠、小型化、数字化、模块化、智能化的方向发展。

电化学储能系统涉及复杂的化学反应和电能转换。充放电过程中可能导致电池过充、过放、过热等情况。如果没有有效的电气保护措施，可能会引发电池性能下降、寿命缩短，甚至可能导致电池发生热失控，引发安全事故，对电力系统的稳定运行和人员设备安全造成严重威胁。

此外，电化学储能系统还可能受到外部电气干扰，如短路、过电压、欠电压等。因此，为了确保电化学储能系统的安全、可靠和高效运行，必须针对其特点和运行要求，制定完善的电气保护方案，以满足电力系统储能中对电化学储能形式的电气保护需求。

在技术创新方面，企业将加大研发投入，攻克多路径高电压器件关键技术，形成覆盖全电压等级与主要产品大类的解决方案。例如，研发更高电压等级、更大分断能力的直流断路器和隔离开关，满足储能系统向更高电压发展的需求；开发具有主动保护功能的低压电器，提高系统安全性和可靠性。随着碳化硅等新型材料在储能系统中的广泛应用，低压电器也将与之更好地适配，提升整体性能。

在产品应用方面，低压电器将更加注重与储能系统的适配性和协同性。针对不同应用场景和储能系统需求，提供定制化的产品和解决方案，如适用于分布式储能的小型化、高集成度低压电器，以及满足大型储能电站需求的高可靠性、高短路分断能力的低压电器。随着储能与光伏、风电融合场景的不断拓展，低压电器需要更好地适应光储充一体化、风储一体化等项目的特殊需求，实现与其他设备的高效协同工作。

同时，随着储能市场的不断成熟，低压电器行业的标准和规范也将逐步完善，为产品质量和性能提供更有力的保障。可以预见，在电化学储能产业蓬勃发展的推动下，低压电器行业将迎来新的发展机遇，为构建更加安全、高效、智能的能源体系贡献重要力量。在政策支持方面，政府将继续出台相关政策，支持储能技术研发、示范应用和产业发展，完善储能参与电力市场的机制，明确收益模式，加强安全监管，这也将为低压电器行业的发展创造良好的政策环境。