一、任务
设计并制作由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统，其系统框图如图 1所示，负载为三相对称 Y 连接电阻负载。
二、要求
1. 基本要求
（1） 闭合 S，仅用逆变器 1 向负载提供三相对称交流电。负载线电流有效值 Io为 2A 时，线电压有效值 Uo为 24V±0.2V，频率 fo为 50Hz±0.2Hz。
（2） 在基本要求（1）的工作条件下，交流母线电压总谐波畸变率（THD）不大于 3%。
（3） 在基本要求（1）的工作条件下，逆变器 1 的效率 ƞ 不低于 87%。
（4） 逆变器 1 给负载供电，负载线电流有效值 Io在 0~2A 间变化时，负载调整率 SⅠ1≤0.3%。
2. 发挥部分
（1） 逆变器 1 和逆变器 2 能共同向负载输出功率，使负载线电流有效值 Io达到 3A，频率 fo为 50Hz±0.2Hz。
（2） 负载线电流有效值 Io 在 1~3A 间变化时，逆变器 1 和逆变器 2 输出功率保持为 1:1 分配，两个逆变器输出线电流的差值绝对值不大于 0.1A。负载调整率 SⅠ2≤0.3%。
（3） 负载线电流有效值 Io 在 1~3A 间变化时，逆变器 1 和逆变器 2 输出功率可按设定在指定范围（比值 K 为 1:2~2:1）内自动分配，两个逆变器输出线电流折算值的差值绝对值不大于 0.1A。
（4） 其他。
三、说明
（1） 本题涉及的微电网系统未考虑并网功能，负荷为电阻性负载，微电网中风力发电、太阳能发电、储能等由直流电源等效。
（2） 题目中提及的电流、电压值均为三相线电流、线电压有效值。
（3） 制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，测试过程中不需重新接线。
（4） 为方便测试，可使用功率分析仪等测试逆变器的效率、THD 等。
（5） 进行基本要求测试时，微电网模拟系统仅由直流电源 1 供电；进行发挥部分测试时，微电网模拟系统仅由直流电源 1 和直流电源 2 供电。
（6） 本题定义：（1）负载调整率 SⅠ1=|(𝑈o2−𝑈o1)/Uo1|，其中 Uo1 为 Io=0A 时的输出端线电压，Uo2 为 Io=2A 时的输出端线电压；（2）负载调整率SⅠ2=|(𝑈o2−𝑈o1)/Uo1|，其中 Uo1 为 Io=1A 时的输出端线电压，Uo2 为 Io =3A 时的输出端线电压；（3）逆变器 1 的效率 ƞ 为逆变器 1 输出功率除以直流电源 1 的输出功率。
（7） 发挥部分（3）中的线电流折算值定义：功率比值 K>1 时，其中电流值小者乘以 K，电流值大者不变；功率比值 K<1 时，其中电流值小者除以 K，电流值大者不变。
（8） 本题的直流电源 1 和直流电源 2 自备。
GPT-4o给出的设计方案：
一、主要系统组件
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直流电源
- 两个独立的直流电源，电压为24V±0.2V。
- 确保电压稳定，以适应逆变器的输入要求。
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逆变器
- 逆变器1和逆变器2，将直流电转换为三相交流电。
- 输出频率：50Hz±0.2Hz。
- 确保总谐波失真（THD）小于3%。
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交流母线
- 将两个逆变器的输出并联，通过交流母线连接到负载。
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负载
- 三相对称Y连接电阻负载，电流在0到2A范围内变化。
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控制系统
- 实时监测和调整逆变器的输出，保证负载电流和电压的稳定性。
二、设计细节
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直流电源设计
- 选择高稳定性的直流电源模块，确保输出电压在24V±0.2V范围内，并具有过流和过压保护功能。
- 增设滤波电容，减少电源纹波，提高供电质量。
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逆变器设计
- 使用基于PWM（脉宽调制）技术的高效逆变器。
- 输出电压有效值保持在规定的范围内（24V±0.2V）。
- 辅以滤波电路减少谐波，保证THD小于3%。
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交流母线设计
- 使用高导电性的母线材料，减少电压降和功率损失。
- 容量和尺寸需要匹配逆变器和负载的额定电流。
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控制策略
- 实时监测逆变器输出电流和电压，使用反馈控制算法调整逆变器的输出。
- 确保负载电流在0-2A之间变化时，负载调整率≤10.3%。
- 设置电流平衡控制，保证两个逆变器输出电流的差值不大于0.1A。
- 动态调整负载电流分配（比例1:1、2:1或1:2），保证系统稳定运作。
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安全保护
- 设置过流、过压、短路保护机制。
- 使用保险丝和断路器保护硬件电路安全。
三、优化和验证
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仿真验证
- 使用仿真软件（如MATLAB/Simulink）进行系统仿真，验证电力参数（电流、电压、THD、频率）的符合性。
- 针对不同负载条件进行测试，确保系统稳定性和可靠性。
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硬件调试
- 搭建实际硬件电路，进行调试和优化。
- 根据实测数据调整控制参数和电路设计，确保系统满足设计要求。
四、总结
该设计方案通过合理选择直流电源、逆变器及控制策略，构建了一个稳定、高效的微电网系统，并保证了负载电流和电压的精确控制。通过仿真和硬件调试验证系统的可靠性，为微电网的发展提供了实用解决方案。本设计主要考察了电力电子、控制系统和电力质量保障的相关知识。
本题考察的知识点
本题主要考察电力电子和电气工程领域的基本原理和应用，包括：
- 直流/交流转换: 逆变器的设计及其将直流电转换为稳定的三相交流电。
- 电源管理: 直流电源的稳定性和调控，确保输出电压在规定范围内。
- 总谐波失真（THD）: 控制逆变器输出电压的质量，限制谐波成分。
- 负载管理: 对负载电流的动态调节和反馈控制，保持系统稳定。
- 效率和电压调整率: 关注系统效率及各部分之间电流、电压的协调与平衡。
通过这些核心知识点的实际应用，展现了微电网系统的设计与调控能力。
