储能系统-PCS如何控制充放电电流大小？

电流总是从高电势点流向低电势点。PCS通过精确控制其 AC侧电压 和 DC侧电压，制造出可控的电压差，从而精确控制电流的大小和方向。

控制逻辑如下：

测量：高精度传感器实时测量实际流入电池的电流 I_actual。
比较：控制器计算误差：Error = I_ref - I_actual。
- 如果 I_actual < I_ref（电流太小），误差为正。
- 如果 I_actual > I_ref（电流太大），误差为负。
调节：这个误差信号被送入一个PI控制器。
- PI控制器（比例-积分控制器） 是工业控制的大脑。它会根据误差的大小和持续时长，计算出一个需要调整的电压值 ΔV。
- 简单理解：误差越大、时间越长，计算出的调整量 ΔV 就越大。
执行：
- 控制器命令PCS的功率电路（DC/DC变换器或直接调制AC/DC），将直流侧输出电压 V_pcs 调节为：V_pcs = V_bat + ΔV。
- 根据欧姆定律（考虑电池内阻 R_internal 和线路电阻），充电电流 I_charge = (V_pcs - V_bat) / (R_internal + R_line)。

因此，PI控制器实质上是通过动态调节 V_pcs 来控制 (V_pcs - V_bat) 这个电压差，从而精确控制电流。

假设我们目标是将电流稳定在133A。

初始状态 ：电流为0，误差 Error = 133A。PI控制器输出一个较大的 ΔV，使 V_pcs 显著高于 V_bat，产生一个强电压差，电流开始快速上升。
上升过程 ：I_actual 上升，误差减小，PI控制器输出的 ΔV 也随之减小，V_pcs 开始向 V_bat 靠近，电压差减小，电流上升速度放缓。
稳定状态 ：当 I_actual 达到133A时，误差为0。PI控制器会保持一个稳定的 ΔV 输出，使得 V_pcs 稳定在比 V_bat 高出一个恒定值的状态。此时电压差恒定，电流也稳定在133A。
抗干扰：如果电网波动或电池电压轻微变化导致电流偏离133A（比如降到130A），闭环控制立即启动：
- 检测到误差 +3A → PI控制器微增 ΔV → V_pcs 微升 → 电压差增大 → 电流被拉回133A。

恒流充电模式 ：上述过程就是典型的恒流控制。电流参考值 I_ref 直接由程序设定。
恒压充电模式 （充电末段）：此时控制目标从电流变为电压。控制器以电池端电压 为控制对象，电流会随着电池电压接近目标值而自然减小。但通常会设定一个电流下限作为终止条件。
恒功率充电模式 ：如第一步所述，需要根据实时变化的 V_bat，动态重新计算 I_ref，然后再通过上述电流闭环去实现。这就构成了一个外层的"功率环"和内层的"电流环"。

在交流电网侧（PCS作为整流器）：
- 控制目标 ：从电网吸收有功功率。
- 实现方式 ：PCS通过控制其交流侧输出电压的相位略滞后于电网电压。这样，在连接电抗上，电网电压高于PCS的AC电压，电流（有功分量）从电网流向PCS内部，功率被"吸收"进来。
- 此时的能量流 ：电网 -> PCS(AC/DC) -> 内部直流母线。
在直流电池侧：
- 控制目标：将内部直流母线的电能输送给电池。
- 电压关系 ：为了实现电能从PCS流向电池，PCS的直流侧输出端电压（V_pcs_dc）必须略高于电池的当前电压（V_bat）。这个正电压差（V_pcs_dc - V_bat > 0）驱动充电电流从PCS流入电池。
- 如何实现：PCS内部的DC/DC控制器或直接调制策略，会主动调节其直流侧电压，使其稳定在高于电池电压的一个设定值，这个设定值根据所需的充电电流大小来确定（根据电池内阻等参数）。

在直流电池侧：
- 控制目标：从电池抽取电能。
- 电压关系 ：此时，PCS的直流侧输入端相当于一个负载。为了从电池"抽取"电流，PCS的直流侧输入端电压（V_pcs_dc）必须略低于电池电压（V_bat）。这个负电压差（V_bat - V_pcs_dc > 0）驱动放电电流从电池流向PCS内部。
- 如何实现：PCS通过控制其功率开关，使其直流端口呈现一个"消耗电能"的电压水平。
在交流电网侧（PCS作为逆变器）：
- 控制目标 ：向电网输送有功功率。
- 实现方式 ：PCS控制其交流侧输出电压的相位略超前于电网电压。这样，PCS的AC电压高于电网电压，电流（有功分量）从PCS流向电网，功率被"注入"电网。
- 此时的能量流 ：电池 -> PCS(DC/AC) -> 电网。

为了更好地理解，我们可以将整个PCS系统想象成一个连接两个水池（电网和电池）的智能双向水泵系统：

充电（给电池水池注水）：
- 电网侧 ：水泵从"电网水池"抽水（吸收功率）。
- 电池侧 ：水泵将水加压，使其压力高于"电池水池"的压力（V_pcs_dc > V_bat），从而将水注入电池水池。
放电（从电池水池抽水到电网）：
- 电池侧 ：水泵从"电池水池"抽水，此时水泵入口压力低于水池压力（V_pcs_dc < V_bat）。
- 电网侧 ：水泵将水加压，使其压力高于"电网水池"的压力，从而将水注入电网水池

PCS控制充电电流大小的本质，是基于目标电流值，通过高速闭环反馈，实时、动态地调整其直流侧输出电压，使其与电池电压之间维持一个"恰到好处"的电压差。这个电压差由欧姆定律决定了最终的充电电流。

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