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1、核心原理
控制电压差以驱动电流
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#xff0c;制造出可控的电压差#xff0c;从…已更新系列文章包括104、61850、modbus 、储能系统等欢迎关注本篇将介绍PCS控制充放电电流大小原理1、核心原理控制电压差以驱动电流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。2、动态工作过程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。其他充电模式下的电流控制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”。3、充电过程电网 - 电池在交流电网侧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。4、放电过程电池 - 电网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。4、总结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。欢迎关注往期文章推荐网路基础-路由表储能系统-系统架构Modbus协议及常用工具单片机-Cortex-M3(1) 汇编基础知识IEC61850实现方案和测试-1101、104协议调试工具版本管理工具-Git or SVN