随着全钒液流电池(VRB)在大规模储能技术领域中广泛地示范性应用,需要设计运行控制方案使其在储能系统中稳定地运行,因此构建出满足系统仿真需求的VRB模型是必要条件之一。目前广泛使用的VRB数值分析模型中,若单独采用静态等效电路模型,则难以随着充放电的进行动态调整参数,会导致误差积累;若单独采用动态分析模型,则难以扩展外电路的接口。而且当VRB应用在系统中建模时,例如作为储能元件应用到直流微网,由于各部分元件之间的仿真尺度不匹配,大尺度时间下的动态全过程仿真分析则难以进行。针对上述问题,本文以静态等效电路模型为基础,包括电堆电动势、过电势和欧姆极化,结合分析离子扩散、电解液流动损耗和温度变化的动态模型,在SIMULINK中建立了VRB的动态等效电路仿真模型。将实验测量的参数代入所建立的模型中,对比了恒流、恒功率以及改变截止电压的充放电实验与仿真曲线,经定量分析可知所建立模型的误差小于1%。同时结合仿真数据分析了VRB的电荷效率和能量效率,提出一种基于仿真模型的VRB性能分析方法。接着在上述动态等效电路模型的基础上,使用能量宏观表达法(EMR),扩展出基于VRB作为储能元件,光伏电源作为分布式能源的直流微网模型。根据各部分元件之间能量的相互作用关系,搭建出直流微网系统整体的动态仿真分析模型。将EMR模型反转得到最大控制系统(MCS)。在此基础上,结合各部分元件输入输出特性以及实际工作范围,设计出工况连续变化时系统协同运行控制方案。在SIMULINK中对所设计的EMR模型及其运行方案进行大尺度时间下的仿真,验证了运行方案的可靠性。最后,设计了双向DC-DC电路、完成器件选型与PCB设计,搭建实验平台,测试了电路的Buck和Boost功能。通过对硬件电路参数进行测试分析,验证了EMR模型中的Boost功能。