【2017年電子設計競賽】電源題方案討論

1.  基本要求

（1） 閉合 S，逆變器 1 向負載提供三相對稱交流電。負載線電流有效值 Io 為 2A 時，線電壓有效值 Uo 為 24V±0.2V，頻率 fo 為 50Hz±0.2Hz。

輸出電壓再負載線電流為2A是為24V±0.2V（肯定需要電流檢測，電壓檢測等），頻率 fo 為 50Hz±0.2Hz（頻率檢測控制，轉成高低電平的數字信號檢測即可）。

（2）在基本要求（1）的工作條件下，交流母線電壓總諧波畸變率（THD）不大于 3%。

電壓諧波總畸變率
一、定義
在理想狀況下，電壓波形應是周期性標準正弦波，但由于電力系統中存在有大量非線性阻抗特性的供用電設備，這些設備向公用電網注入諧波電流或在公用電網中產生諧波電壓，稱為諧波源。諧波源使得實際的電壓波形偏離正弦波，這種現象稱為電壓正弦波形畸變，通常以諧波來表征。電壓波形畸變的程度用電壓正弦波畸變率來衡量，也稱電壓諧波畸變率。

二、計算方法
電壓諧波畸變率以各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來
表示。
電壓諧波畸變率=√（U2*U2+U3*U3+...+Un*Un）*100%/U1式中Un--第n次諧波電壓有效值，U1--基波電壓有效值。

三、諧波畸變產生的危害
1、導致電力變壓器發熱。諧波導致電力變壓器發熱源于兩方面原因，其一是諧波電流能增加變壓器的銅損和漏磁損耗；其二是諧波電壓能增加鐵損。變壓器的發熱程度直接影響了變壓器使用容量的降低程度。
2、導致電力電纜發熱。在三相對稱回路中，三次諧波在三相導線中相位相同，在中性線上疊加后產生了3倍于相線的諧波電流和諧波電壓，導致中性線溫度升高。智能建筑中大量的OA設備及電子式熒光燈均使三次諧波在系統中的占有率增大，因此諧波引起中性線發熱問題值得關注。當高頻電流通過導線時，電流具有集膚效應，顯然高次諧波電流的存在使線路集膚效應加重，線路外表面電流密度加大，從而導致線路（相線及中性線）發熱。
3、導致對電子設備的干擾。智能建筑中自動化及電子信息設備均要求有較高的電源質量，且都工作于低電壓水平，極易受到諧波的干擾而使控制失常。控制失常可能引發三A系統的嚴重故障。
4、導致低壓配電設備工作異常。諧波畸變可使配電用低壓電器設備（斷路器、漏電保護器、接觸器、熱繼電器等）發生故障。諧波電流使低壓電器設備鐵損、銅損增加，集膚效應加劇，從而產生異常發熱，誤動作等故障。

四、防范措施

1、在根據負載確定電力變壓器額定容量時，應考慮諧波畸變而留有格量。在民用建筑設計中一般應保證變壓器負荷率為70%～80%左右，該負荷率的工程裕量即可防范諧波引起的變壓器發熱危害。
2、在電纜截面選擇中應考慮諧波引起線纜發熱的危害。對于聯接諧波主要擾動源設備的配線，確定線纜載流量時應日有足夠裕量，可適當放大一級選擇線纜截面。在三相四線制系統中，應考慮三次諧波電流和高次諧波電流引起的集膚郊應

（3）在基本要求（1）的工作條件下，逆變器 1 的效率 ? 不低于 87%。 

效率問題，主要還是與電壓變化如何出來有關，方案有2，

1.利用DCDC升降壓給固定占空比的SPWM從而改變輸入輸出電壓，從而實現并聯不同電流。多級串聯效率會打折扣，例如0.9*0.9=0.81

2.直接改變SPWM的占空比，輸入電壓固定即可。一級

（4）逆變器 1 給負載供電，負載線電流有效值 Io 在 0~2A 間變化時，負載 調整率 SI1≤0.3%。