1. 储能变流器与TI C2000平台概览
储能变流器（Power Conversion System，PCS）是连接电池储能系统与电网（或负载）之间的核心功率变换装置。它承担着直流侧电池能量与交流侧电网能量之间的双向转换任务，同时负责电能质量控制、并网/离网切换、充放电管理以及与能量管理系统（EMS）和电池管理系统（BMS）的信息交互。理解PCS在储能系统中的位置和功能边界，是后续基于TI C2000平台进行控制系统开发的前提。
储能系统整体架构与PCS的功能定位
一个典型的电化学储能系统由电池簇（含电池模组与BMS）、PCS、升压变压器（或直接低压并网）、并网开关柜以及EMS构成。电池簇输出直流电压，其范围随SOC和充放电倍率变化，例如某磷酸铁锂簇在600V～900V之间波动。PCS的直流侧接入该直流母线，交流侧经滤波后接入400V交流电网或经变压器升压至10kV/35kV并网点。
PCS的核心功能可以归纳为以下几类：
- 双向功率变换：整流（充电）时将交流电网能量转换为直流给电池充电；逆变（放电）时将电池直流能量转换为交流馈入电网。功率指令由EMS下发，PCS需在毫秒级响应。
- 并网电流控制：控制交流侧电流的幅值、频率和相位，使其跟踪电网电压，实现单位功率因数或指定无功输出。典型指标为THD<3%、功率因数可调范围-1～+1。
- 直流母线电压/电流调节：在并网模式下通常采用直流电压外环+电流内环的双闭环结构，维持直流母线稳定；在离网模式下则需自行建立交流电压和频率参考。
- 保护与故障处理：包括过流、过压、欠压、过温、孤岛检测、绝缘监测等，要求保护动作时间通常在微秒至毫秒级。
- 通信与调度：通过CAN、RS485、Modbus TCP或IEC 61850与BMS、EMS交互，接收功率指令并上报状态。
从控制系统的角度看，PCS是一个典型的“采样—计算—输出”实时闭环系统。以三相两电平电压源型变流器（VSC）为例，其控制链路包括：电网电压/电流采样、锁相环（PLL）获取电网相位、Park变换将交流量转为dq旋转坐标系下的直流量、PI调节器计算电压指令、SVPWM调制生成六路PWM驱动信号。整个链路需要在开关周期内完成，典型开关频率为10kHz～20kHz，对应控制周期50μs～100μs。
为什么选择TI C2000作为PCS控制器
PCS控制对MCU提出了几个刚性要求：第一，PWM分辨率要足够高，以保证输出电压电流波形质量；第二，ADC采样要与PWM同步，且在开关噪声窗口之外采样；第三，控制算法要在每个开关周期内完成，不能有抖动；第四，要有足够的通信外设与BMS/EMS对接。TI C2000系列（如F28004x、F28002x、F2837x等）正是针对这类需求设计的。
以TMS320F280049为例，其关键资源包括：100MHz（或200MHz）C28x内核加CLA协处理器，128KB～256KB Flash，16通道12位ADC（部分型号16位），8路高分辨率ePWM（150ps分辨率），3个CMPSS比较器子系统，以及CAN、SPI、I2C、SCI等通信接口。这些资源恰好覆盖了PCS控制所需的采样、计算、调制和通信四个环节。
具体来说，ePWM模块支持死区配置、载波移相、故障联防（TZ）等功能，可以直接驱动三相桥臂的六路开关管。ADC可以与ePWM的SOC（Start of Conversion）事件联动，在PWM周期特定时刻触发采样，避开开关瞬间的振铃。CMPSS可以在硬件层面实现过流比较，一旦超过阈值直接封锁PWM输出，响应时间在纳秒级，比软件中断快一个数量级。CLA协处理器则可以把Park变换、PI调节等计算任务从主核卸载，让主核专注于通信和状态机管理。
典型PCS控制参数示例
为了给后续章节建立一个可参照的基准，这里给出一组典型的三相并网PCS控制参数（示例值，非实测）：
| 参数 | 典型值 | 说明 |
|---|---|---|
| 额定功率 | 50kW | 三相四线或三相三线 |
| 直流母线电压 | 700V | 电池簇额定电压 |
| 交流线电压 | 400V | 并网点电压 |
| 开关频率 | 10kHz | IGBT/SiC开关频率 |
| 控制周期 | 100μs | 与开关周期一致 |
| 电流环带宽 | 1kHz～2kHz | PI参数设计目标 |
| 直流电压环带宽 | 100Hz～200Hz | 外环带宽 |
| THD目标 | <3% | 额定功率下 |
这些参数决定了控制算法的时序预算：100μs内要完成ADC采样读取、Clarke/Park变换、PI计算、反Park变换、SVPWM占空比计算和PWM寄存器更新。在200MHz主频下，100μs对应20000个时钟周期，对于C28x加CLA的架构来说，这个预算足够完成上述计算，但需要合理分配任务和优化代码。
PCS的工作模式与状态划分
从控制逻辑上看，PCS通常划分为以下几种工作模式：停机（Stop）、待机（Standby）、并网充电、并网放电、离网供电、故障（Fault）。模式之间的切换由EMS指令和内部状态机共同决定。例如，从待机进入并网放电的条件包括：直流母线电压在允许范围内、电网电压/频率正常、无故障标志、收到EMS放电指令。切换过程中需要先完成预充电和继电器吸合，再启动PWM输出，最后闭合并网继电器。
状态机的实现通常放在C2000的主循环或定时器中断中，而电流环和电压环则放在PWM周期中断（如EPWM1的INT）中执行。这种分层结构可以保证控制环的实时性不受通信和状态机逻辑的影响。
总结来说，PCS是储能系统中承上启下的功率变换环节，而C2000则是实现其控制算法的硬件平台。理解PCS的功能边界、控制信号链和C2000的资源匹配关系，是后续进行代码开发和调试的基础。下一阶段将进入具体的开发环境搭建和工程配置。