譯者序
原書序
原書前言
第1章  21世紀能源、全球變暖及電力電子的影響1
1.1簡介1
1.2能源1
1.3環境污染：全球變暖問題3
1.3.1全球變暖影響5
1.3.2全球變暖問題的減緩方法6
1.4電力電子對能源繫統的影響7
1.4.1節能7
1.4.2可再生能源繫統7
1.4.3大容量儲能13
1.5智能電網16
1.6純電動和混合動力電動汽車17
1.6.1電池電動汽車和燃料電池電動汽車的比較18
1.7小結和展望19
參考文獻21
第2章  當前能源面臨的挑戰：電力電子技術的貢獻22
2.1簡介22
2.2能源傳輸和分配繫統23
2.2.1柔性交流輸電繫統（FACTS）23
2.2.2高壓直流（HVDC）輸電25
2.3可再生能源繫統27
2.3.1風能29
2.3.2光伏能源29
2.3.3海洋能32
2.4運輸繫統33
2.5儲能繫統35
2.5.1技術35
2.5.2在輸配電繫統中的應用37
2.5.3在可再生能源繫統中的應用37
2.5.4在運輸繫統中的應用37
2.6小結38
參考文獻38
第3章  分布式發電與智能電網的概念與技術概述41
3.1簡介41
3.2分布式發電裝置與智能電網的要求42
3.3光伏發電43
3.4風電與小型水電機組45
3.5儲能繫統46
3.6電動汽車47
3.7微電網47
3.8智能電網問題48
3.9主動配電網管理49
3.10智能電網中的通信繫統50
3.11高級量測體繫和實時定價51
3.12智能電網的標準化52
參考文獻53
第4章  電力半導體技術的新進展56
4.1簡介56
4.2硅功率晶體管57
4.2.1功率MOSFET57
4.2.2IGBT58
4.2.3大功率器件60
4.3 SiC晶體管設計概述61
4.3.1 SiC JFET61
4.3.2 SiC雙極型晶體管63
4.3.3 SiC MOSFET 63
4.3.4 SiC IGBT 63
4.3.5 SiC功率模塊64
4.4 SiC器件的柵極和基極驅動64
4.4.1常閉型JFET柵極驅動器64
4.4.2 SiC BJT的基極驅動器67
4.4.3常開型JFET柵極驅動器69
4.4.4SiC MOSFET柵極驅動器71
4.5晶體管並聯72
4.6應用概述79
4.6.1光伏發電80
4.6.2交流傳動80
4.6.3混合動力和插電式電動汽車80
4.6.4大功率應用80
4.7 GaN晶體管81
4.8小結83
參考文獻83
第5章  交流鏈路通用功率變流器：一種用於可再生能源與交通設備的新型功率變流器87
5.1簡介87
5.2交流鏈路通用功率變流器硬開關工作模式87
5.3交流鏈路通用功率變流器的軟開關工作模式92
5.4軟開關交流鏈路通用功率變流器的運行原理 92
5.5設計流程 100
5.6分析102
5.7應用104
5.7.1 AC-AC變流器（風力發電、變頻驅動）104
5.7.2 DC-AC和AC-DC功率變流器106
5.7.3多端口變流器108
5.8小結110
參考文獻110
第6章  大功率電力電子技術：風力發電的關鍵技術112
6.1簡介112
6.2風力發電的發展現狀112
6.3風能轉換114
6.3.1風電機組的基本控制變量114
6.3.2風電機組類型115
6.4風電變流器118
6.4.1兩電平功率變流器118
6.4.2多電平功率變流器119
6.4.3多模塊變流器121
6.5風電變流器的功率半導體122
6.6現代風電機組的控制和並網要求123
6.6.1有功功率控制124
6.6.2無功功率控制124
6.6.3總諧波畸變125
6.6.4故障穿越能力126
6.7風力發電繫統的可靠性問題127
6.8小結129
參考文獻129
第7章  光伏發電繫統132
7.1簡介132
7.2光伏發電繫統的功率曲線和功率點134
7.2.1光伏電池的電氣模型134
7.2.2光伏模塊的I-V和P-V曲線134
7.2.3部分遮擋下的功率點136
7.3並網光伏發電繫統的架構136
7.3.1集中式架構138
7.3.2組串式架構141
7.3.3多組串式架構147
7.3.4交流模塊架構148
7.4光伏發電繫統的並網控制150
7.4.1功率點跟蹤控制算法150
7.4.2DC-DC變換器控制153
7.4.3並網逆變器控制154
7.4.4防孤島檢測157
7.5基於多電平逆變器的光伏發電繫統進展160
7.6小結162
參考文獻163
第8章  可再生能源繫統可控性分析165
8.1簡介165
8.2非線性繫統的零狀態166
8.2.1種方法167
8.2.2第二種方法167
8.3通過L型濾波器連接到電網的風力發電機的可控性168
8.3.1穩態和穩定運行區169
8.3.2零狀態分析171
8.4通過LCL型濾波器連接到電網的風力發電機的可控性172
8.4.1穩態和穩定運行區172
8.4.2零狀態分析178
8.5連接到電流源逆變器的光伏發電繫統的可控性和穩定性分析183
8.5.1繫統穩態和穩定性分析184
8.5.2光伏的零狀態分析186
8.6小結191
參考文獻192
第9章  中小型可再生能源繫統的通用運行控制1949.1分布式發電繫統194
9.1.1單級式光伏發電繫統195
9.1.2中小型風力發電繫統195
9.1.3控制結構概述196
9.2與電網互動的分布式發電繫統的功率變流器控制204
9.2.1下垂控制205
9.2.2微電網中的功率控制207
9.2.3控制參數設計211
9.2.4諧波補償216
9.3輔助功能218
9.3.1本地負載的電壓支持218
9.3.2無功功率容量220
9.3.3電力繫統領域的電壓支撐222
9.4小結223
參考文獻224
第10章  雙饋感應電機的特性與控制226
10.1雙饋感應電機的基本原理226
10.1.1電機結構與電氣拓撲226
10.1.2穩態等效電路226
10.1.3動態建模231
10.2基於AC－DC－AC變流器的雙饋感應電機矢量控制234
10.2.1並網運行234
10.2.2轉子位置觀測243
10.2.3獨立運行247
10.3基於雙饋感應電機的風力發電繫統254
10.3.1風力發電機空氣動力學254
10.3.2風力發電機的控制域254
10.3.3風力發電機控制256
10.3.4基於雙饋感應電機的風力發電機的典型分析256
10.3.5基於雙饋感應電機的風力發電機的穩態性能258
10.3.6基於雙饋感應電機的風力發電機的電壓跌落分析259
參考文獻263
第11章  分布式發電繫統中的AC-DC-AC變流器264
11.1簡介264
11.1.1雙向AC-DC-AC變流器拓撲265
11.1.2 AC-DC-AC變流器的無源器件設計266
11.1.3直流側電容額定值267
11.1.4飛跨電容額定值268
11.1.5 L和LCL型濾波器額定值268
11.1.6對比270
11.2 AC-DC-AC拓撲結構的脈寬調制策略271
11.2.1傳統三相兩電平變流器的空間矢量調制272
11.2.2傳統三相三電平變流器的空間矢量調制274
11.3二極管鉗位變流器的直流電容電壓平衡276
11.3.1飛跨電容變流器的飛跨電容電壓平衡278
11.3.2簡化AC-DC-AC拓撲的脈寬調制279
11.3.3開關器件的壓降以及死區時間的補償282
11.4 AC-DC-AC變流器的控制算法286
11.4.1 AC-DC電機側變流器的磁場定向控制287
11.4.2定子電流控制器設計287
11.4.3直接轉矩控制與空間矢量調制289
11.4.4電機定子磁鏈控制器設計289
11.4.5電機的電磁轉矩控制器的設計290
11.4.6機械角速度控制器的設計290
11.4.7 AC-DC電網側變流器電壓定向控制291
11.4.8 AC-DC電網側變流器的線電流控制器291
11.4.9 AC-DC電網側變流器具有空間矢量調制的直接功率控制293
11.4.10 AC-DC電網側變流器的功率控制器293
11.4.11 AC-DC變流器直流側電壓控制器294
11.5有功功率前饋控制的AC-DC-AC變流器295
11.5.1 AC-DC-AC變流器的功率響應時間常數分析296
11.5.2直流母線電容的能量296
11.6小結299
參考文獻299
第12章  多電飛機中的電力電子學302
12.1簡介302
12.2多電飛機303
12.2.1空客380電氣繫統305
12.2.2波音787電氣繫統305
12.3多電發動機308
12.3.1功率優化飛機309
12.4發電繫統策略310
12.5電力電子與功率變換313
12.6配電繫統316
12.6.1高壓運行317
12.7小結319
參考文獻319
第13章  電動汽車和插電式混合動力電動汽車321
13.1簡介321
13.2純電動車、混合動力電動汽車以及插電式混合動力電動汽車的結構322
13.2.1純電動車322
13.2.2混合動力電動汽車322
13.2.3插電式混合動力電動汽車（PHEV）324
13.3 EV和PHEV充電基礎設施325
13.3.1 EV/PHEV電池和充電方式325
13.4電力電子技術在EV和PHEV充電架構中的應用334
13.4.1充電設備335
13.4.2並網基礎設施336
13.5 V2G和V2H概念337
13.5.1電網改造升級338
13.6 PEV充電的電力電子技術339
13.6.1安全注意事項339
13.6.2住宅型並網充電繫統340
13.6.3公共型並網充電繫統341
13.6.4分布式可再生能源的並網繫統344
參考文獻347
第14章  多電平變流器/逆變器拓撲結構與應用350
14.1簡介350
14.2多電平變流器/逆變器基礎351
14.2.1什麼是多電平變流器/逆變器351
14.2.2三種典型多電平實現拓撲351
14.2.3多電平變流器/逆變器的廣義拓撲及其衍生拓撲353
14.3串聯式多電平逆變器及其應用358
14.3.1串聯式多電平逆變器的實用優勢358
14.3.2星接串聯式多電平逆變器及其應用358
14.3.3角接串聯式多電平逆變器及其應用361
14.3.4用於統一潮流控制的面對面連接串聯式多電平逆變器364
14.4新興應用與探討366
14.4.1無磁性器件的直流變換366
14.4.2多電平模塊化飛跨電容式直流變換器369
14.4.3 nX直流變換器371
14.4.4器件成本對比：飛跨電容變流器、MMCCC與nX直流變換器372
14.4.5零電流開關：MMCCC 373
14.4.6多電平變流器的容錯性與可靠性377
14.5小結378
致謝379
參考文獻379
第15章  多相矩陣變換器的拓撲和控制381
15.1簡介381
15.2三相輸入五相輸出矩陣變換器381
15.2.1拓撲結構381
15.2.2控制算法382
15.3仿真和實驗結果399
15.4五相輸入三相輸出矩陣變換器402
15.4.1拓撲結構402
15.4.2控制技術403
15.5示例結果 411
致謝413
參考文獻413
第16章  基於升壓電路的單相整流器功率因數調節器415
16.1簡介415
16.2基本升壓型PFC 416
16.2.1變換器拓撲結構和平均模型416
16.2.2穩態分析418
16.2.3控制電路418
16.2.4線性控制設計419
16.2.5仿真結果421
16.3不對稱半橋升壓型PFC 422
16.3.1CCM/CVM運行模式和平均模型建模423
16.3.2小信號平均模型和傳遞函數424
16.3.3控制繫統設計425
16.3.4數字化實現和仿真結果427
16.4交錯雙升壓型PFC430
16.4.1拓撲結構431
16.4.2開關時序432
16.4.3線性控制器設計和實驗結果435
16.5小結436
參考文獻437
第17章有源電力濾波器442
17.1簡介442
17.2諧波442
17.3諧波的作用和負面影響443
17.4諧波國際標準443
17.5諧波類型444
17.5.1諧波電流源444
17.5.2諧波電壓源445
17.6無源濾波器447
17.7功率定義447
17.7.1負載功率和功率因數447
17.7.2負載功率的定義448
17.7.33D空間電流坐標繫中的功率因數定義448
17.8有源濾波器449
17.8.1電流源逆變器APF 450
17.8.2電壓源逆變器APF 450
17.8.3並聯有源電力濾波器450
17.8.4串聯有源電力濾波器450
17.8.5 混合濾波器451
17.8.6大功率應用452
17.9 APF開關頻率的選擇方法452
17.10諧波電流提取技術453
17.10.1 P-Q理論453
17.10.2矢量叉積理論454
17.10.3基於P-Q-R旋轉坐標繫的瞬時功率理論455
17.10.4同步坐標繫457
17.10.5自適應干擾消除技術457
17.10.6電容電壓控制458
17.10.7時域相關函數技術458
17.10.8傅裡葉級數辨識458
17.10.9其他方法459
17.11並聯有源濾波器459
17.11.1並聯APF建模460
17.11.2三相四線制並聯APF465
17.12 串聯有源電力濾波器467
17.13統一電能質量調節器468
致謝471
參考文獻471
第18A章  帶有電力電子的硬件在環仿真繫統：強大的仿真工具475
18A.1背景475
18A.1.1硬件在環仿真繫統概述475
18A.1.2“虛擬機”的應用475
18A.2功率性能提升476
18A.2.1順序切換477
18A.2.2磁性續流控制 478
18A.2.3增加開關頻率481
18A.3異步電機模型482
18A.3.1控制問題482
18A.3.2基於“逆變器”的電機模型482
18A.4實驗結果和小結483
18A.4.1實驗結果483
18A.4.2小結487
參考文獻489
第18B章 模塊化多電平換流器的實時仿真490
18B.1簡介490
18B.1.1 MMC的工業應用490
18B.1.2電力電子換流器實時仿真的限制490
18B.1.3 MMC拓撲介紹492
18B.1.4 MMC仿真約束條件493
18B.2 MMC建模的選擇及其局限性494
18B.2.1詳細模型494
18B.2.2開關函數495
18B.2.3平均模型495
18B.3實時仿真的硬件技術496
18B.3.1基於DSP的順序編程仿真496
18B.3.2基於FPGA的並行編程仿真496
18B.4用不同方法實現實時仿真器498
18B.4.1平均模型算法的順序編程498
18B.4.2開關函數算法的並行編程500
18B.5小結502
參考文獻502
第19章  基於模型預測的電機轉速控制方法504
19.1簡介504
19.2電機轉速經典控制方案綜述504
19.2.1電機模型505
19.2.2磁場定向控制505
19.2.3直接轉矩控制506
19.3預測電流控制509
19.3.1預測模型509
19.3.2價值函數510
19.3.3預測算法510
19.3.4控制方案510
19.4預測轉矩控制511
19.4.1預測模型511
19.4.2價值函數512
19.4.3預測算法512
19.4.4控制方案512
19.5使用矩陣變換器的預測轉矩控制513
19.5.1預測模型513
19.5.2價值函數514
19.5.3預測算法514
19.5.4控制方案514
19.5.5無功功率的控制514
19.6預測轉速控制516
19.6.1預測模型516
19.6.2價值函數517
19.6.3預測算法518
19.6.4控制方案518
19.7小結519
致謝519
參考文獻519
第20章  電流源變流器電氣傳動繫統522
20.1簡介522
20.2傳動繫統結構523
20.3 CSC的PWM控制524
20.4 CSR的通用控制方法527
20.5異步和永磁同步電機的數學模型529
20.6異步電機的電流和電壓控制531
20.6.1磁場定向控制（FOC）531
20.6.2電流多標量控制533
20.6.3電壓多標量控制534
20.7永磁同步電機的電流和電壓控制538
20.7.1 PMSM的電壓多標量控制538
20.7.2內嵌式永磁電機的電流控制541
20.8 CSC驅動雙饋電機的控制繫統543
20.9小結546
參考文獻547
第21章  PWM逆變器共模電壓和軸承電流：原因、影響和抑制548
21.1簡介548
21.1.1容性軸承電流551
21.1.2放電電流551
21.1.3軸承環流電流551
21.1.4轉子接地電流553
21.1.5軸承電流的主要分量553
21.2異步電機共模參數的確定553
21.3抑制共模電流的無源方法555
21.3.1降低逆變器開關頻率556
21.3.2共模電抗器556
21.3.3共模無源濾波器557
21.3.4共模變壓器559
21.3.5帶濾波器繫統的半有源共模電流抑制560
21.3.6共模和差模集成式電抗器561
21.3.7電機結構和軸承保護環561
21.4用於減小共模電流的有源繫統562
21.5減小共模電流的PWM修正算法563
21.5.1三個奇性有效矢量（3NPAV）564
21.5.2三個有效矢量調制（3AVM）565
21.5.3有效零電壓控制（AZVC）565
21.5.4單零矢量空間矢量調制（SVM1Z）567
21.6小結568
參考文獻569
第22章 大功率驅動繫統在工業上的應用： 實例571
22.1簡介571
22.2液化天然氣工廠571
22.3燃氣輪機：傳統的壓縮機驅動器572
22.3.1機組起動要求572
22.3.2溫度對燃氣輪機輸出的影響573
22.3.3可靠性和持久性573
22.4變頻驅動器對技術和經濟的影響574
22.5大功率電機575
22.5.1新型大功率電機576
22.5.2無刷勵磁同步電機578
22.6大功率電力驅動579
22.7開關器件580
22.7.1大功率半導體器件581
22.8大功率變流器的拓撲結構582
22.8.1 LCI583
22.8.2VSI583
22.8.3小結584
22.9多電平VSI拓撲584
22.9.1兩電平逆變器584
22.9.2多電平逆變器585
22.10大功率電力驅動控制591
22.10.1 PWM方法592
22.11小結595
致謝595
參考文獻595
第23章 單相電網側變流器的調制與控制598
23.1簡介598
23.2單相VSC調制技術599
23.2.1並聯H-BC600
23.2.2 H-DCC603
23.2.3 H-FCC606
23.2.4比較611
23.3交流-直流單相VSC的控制616
23.3.1單相控制算法的分類617
23.3.2 dq同步坐標繫下的電流控制——PI-CC 618
23.3.3abc靜止參考坐標繫電流控制——PR-CC 620
23.3.4控制器設計622
23.3.5有功功率前饋算法625
23.4小結627
參考文獻628
第24章 阻抗源逆變器631
24.1多電平逆變器631
24.1.1無變壓器技術631
24.1.2傳統CMI或混合CMI631
24.1.3單級逆變器拓撲632
24.2準Z源逆變器633
24.2.1準Z源逆變器的原理633
24.2.2qZSI的控制方法635
24.2.3適用於帶電池的光伏繫統的qZSI 637
24.3基於qZSI的串聯多電平光伏繫統639
24.3.1工作原理639
24.3.2控制策略和電網同步641
24.4硬件實現643
24.4.1阻抗參數643
24.4.2控制繫統644
致謝645
參考文獻645

我們很榮幸地能夠在《電力電子應用技術手冊》中展現的電力電子相關技術，以及在可再生能源、交通運輸繫統和各種工業應用中的發展。
    我們編寫《電力電子應用技術手冊》的目的，是為了給研究人員、教師及學生們提供的、重要的技術研究參考。也希望把我們對行業領域的熱愛，通過簡單易懂的方式，把相關技術原原本本且形像化地表達出來。考慮到電力電子繫統的研究中需要大量的、各行各業的專業知識，我們采用了聯合編寫的方式。
    在《電力電子應用技術手冊》中，我們廣泛討論了電力電子技術、可再生能源、智能電網、分布式發電及其他多個工業領域的內容。這項工作在一定程度上填補了工程文獻的空白，有助於大家更好理解並進一步應用好電力電子技術。電力電子技術及其應用是當今發展快的工程領域技術之一，也是應對當前環境變化和滿足能源需求的關鍵所在。本書整理了大量資料以解決當前問題，並為日益增長的商業需要和國內電力發展需求等提供了解決方案。
    《電力電子應用技術手冊》討論了當前研究所涉及的諸多熱點。世界知名科學家的參與，也提高了本書的水平，包括IEEE Life Fellow：Bimal K.Bose教授、Joachim Holtz教授等。其餘參與編寫的科學家包括Frede Blaabjerg教授、Leopoldo G.Franquelo教授、Carlo Cecati教授、Hamid A.Toliyat教授、Bin Wu教授、Fang Zheng Peng教授、Ralf M.Kennel教授、Jose Rodriguez教授等。
    《電力電子應用技術手冊》分為三個主要部分：①部分由第1～5章組成，介紹了電力電子對新興技術的影響；②第二部分由第6～11章組成，介紹了分布式發電繫統中的電力電子技術；③第三部分由第12～24章組成，介紹了電力電子技術在運輸及工業中的應用。
    第1章，簡要而全面地概述了由於大量燃燒化石燃料，從而引起的世界能源和氣候變化問題，以及可能的解決方案或緩解方法。作者在本章中討論和闡述了21世紀中電力電子技術對節能、可再生能源、大容量儲能、電動汽車/混合動力電動汽車等方面的影響。
    第2章，重點論述了電力電子技術在實現高效能量傳輸及分配、可再生能源在電力繫統中的廣泛應用，以及對電氣化運輸繫統的貢獻。本章還討論了柔性交流輸電繫統（FACTS）裝置、高壓直流（HVDC）輸電繫統、風力/光伏（PV）發電，以及用於海洋能的電力電子變流器、電動汽車的功率轉換以及儲能繫統等。
    第3章，概述了分布式發電和智能電網的主要技術、特征及存在的問題。本章對這些新興主題做了簡要而全面的概述。
    第4章，介紹了功率半導體器件技術的發展，重點介紹了寬禁帶晶體管。本章簡要闡述了目前的碳化硅（SiC）功率器件，以及各種SiC功率器件的特性。給出了SiC功率器件的各種驅動電路，並通過試驗結果說明了開關器件的性能，對器件的具體應用進行了詳細的討論。
    第5章，作者把交流鏈路通用功率變流器歸類為一種新的功率變流器，介紹了它們如何在保持單級變換的同時能夠有效接入負載和電源。
    第6章，闡述了風力發電中的技術發展和市場前景，介紹了各種風電機組的概念以及功率變流器的解決方案，對具體控制方法、電網要求及可靠性研究等做了簡要說明。
    第7章，對光伏並網發電繫統做了全面闡述，其中包括功率曲線、並網結構、多種逆變器拓撲結構（單相和三相）、控制策略、功率點跟蹤（MPPT）以及防孤島運行檢測方法。本章重點介紹了光伏發電行業現有的主要解決方案，以讓讀者對光伏逆變器現有技術有宏觀和整體的了解。此外，還介紹了引進的大型光伏電站的多電平逆變器概念、發展趨勢、挑戰及未來的解決方案。
    第8章，闡述了可再生能源繫統的組成，包括選擇合適的濾波器，以確保繫統穩定工作在運行狀態；之後進行設計和實現控制器，以確保繫統的穩定性和高動態性能，且具有對擾動和參數變化的魯棒性。對通過濾波器連接到電網的內置式永磁（IPM）風力發電機的可控性進行了分析，對非線性繫統的穩定性及零狀態的分析，揭示了它們對控制器結構設計和繫統動態特性的影響。
    第9章，介紹了功率變流器中控制功能的重要作用及其主要相關問題，其中包括功率控制、電網同步、無功功率控制、公共耦合點的電壓調節和電能質量約束等問題。為解決這些問題，本章重點介紹了光伏和中小型風力發電繫統，以及在並網運行、獨立運行及同步運行等模式之間的切換。
    第10章，闡述了雙饋感應電機的主要特性和控制方式，包括並網運行和獨立運行方式。本章還介紹了采用雙饋感應電機的風力發電繫統的特性，並對風力發電機的空氣動力學、風力發電機先進控制及穩定性能進行了簡要的概述。
    第11章，介紹了AC－DC－AC變流器的多種拓撲結構及其設計，對基於晶體管的連接兩個三相交流繫統的經典AC－DC－AC變流器［兩電平、二極管鉗位式三電平變流器（DCC）、飛跨電容變流器（FCC）］和簡化的AC-DC-AC變流器（兩電平、三電平的三相到單相及三相到三相的DCC）做了深入闡述。
    第12章，闡述了多電飛機技術是如何不斷發展並被廣泛認為是航空工業未來方向的。本章簡要描述了傳統飛機和多電飛機（例如，空客380和波音787）的發電、變換和配電等技術，還介紹了電氣結構設計、功率分配策略、多電發動機及在高海撥地區時高電壓的影響等。
    第13章，介紹了電動汽車（EV）和插電式混合動力電動汽車（PHEV）的結構和基本設計，以及電動汽車制造業的未來發展趨勢。本章還闡述了將電動汽車與綠色能源、可再生能源相結合的設計理念及繫統設計方法。
    第14章，介紹了多電平變流器/逆變器相關技術，並描述了應用在具體場景時的優缺點。本章還闡述了多電平逆變器在靜止無功發生器（SVG）、靜止同步補償器（STATCOM）及FACTS裝置中的應用，並進一步討論了無磁性器件多電平DC-DC變換器，並對相關的容錯性和可靠性進行了分析。
    第15章，闡述了多相矩陣變換器的理論和分析方法，其中包括現有和提出的拓撲結構及控制策略。本章還給出了多個為繫統高效運行而設計的控制算法。
    第16章，詳細分析了三種用於單相整流器中功率因數調節的升壓型預調節器：單開關基本型升壓斬波電路、雙開關不對稱半橋升壓斬波電路、交錯雙升壓斬波拓撲結構等。在本章中還介紹了數學建模方法，並將其應用於前兩種拓撲中，證明了這些變換器與各自的控制繫統相匹配。
    第17章，介紹了電力電子應用如何滲透到現代生活的多個領域，相對於線性負載而言，相關技術使得非線性負載得到了大量增加。同時，由於基於電力電子技術設計的負載對諧波畸變比較敏感，從而出現了大量對有源電力濾波器的研究，用於消除或減輕諧波的影響。
    第18A章，介紹了所謂的虛擬機（VM）是一個電力電子硬件在環（HiL）繫統，使逆變器在模擬真實功率情況下進行測試，而無需裝配真實運行的設備。這是因為VM具有與真正的感應電動機甚至同步電動機相同的特性。通過修改軟件，可以實現對不同電動機和不同負載情況進行模擬仿真，以檢驗被測試的傳動逆變器能否正常工作。
    第18B章，介紹了HiL繫統，並詳細介紹了模塊化多電平換流器（MMC）。本章闡述了標準仿真方法中的局限性，提出了更適合的控制技術；討論了由於變流器拓撲結構的不同，從而對實現實時仿真的硬件選擇而產生的問題，基於前述相關技術，給出了采用OPAL-RT實時仿真器進行仿真的應用實例。
    第19章，介紹了模型預測控制（MPC）在電機轉速控制中的應用，並闡述了MPC是一種不同概念下的控制技術，其能夠在不增加繫統復雜度的基礎上，為控制不同的電力電子拓撲結構和同時管理多個控制目標提供較高的靈活性。
    第20章，介紹了兩種由電流源逆變器驅動電機的控制方法，種方法是基於電流控制，第二種方法是采用多標量模型的電壓控制。分析了這類拓撲結構在控制籠型異步電機、雙饋感應電機和永磁同步電機中的應用。
    第21章，介紹了逆變器采用脈寬調制（PWM）控制時產生的高dv/dt，以及產生的共模電壓並導致出現軸承電流、軸電壓、機端過電壓、電機效率下降和電磁干擾等。分析了產生共模電壓的等效電路，重點討論了軸承電流和對其他不同位置電流的限制問題。在本章中還介紹了基於PWM的減小共模電流的有效方法。
    第22章，介紹了兆瓦級變頻器（VFD）在液化天然氣（LNG）工廠中的應用。本章列舉了幾個大功率變頻器的實例，例如使用四套基於NPC拓撲結構的25MW變頻器來實現100MW的大功率繫統等。本章首先概述了LNG工廠，並描述了采用常規燃氣輪機（GT）時對經濟和環境的影響；介紹了各種用於LNG工廠的大功率驅動技術，重點闡述了它們的局限性、技術問題以及對未來LNG工廠的影響。
    第23章，主要介紹了單相有源前端變流器的調節和控制。部分對三種主要的多電平變流器拓撲結構的單極性PWM技術進行了介紹和分析；第二部分主要介紹了單相電壓源變流器的電流控制。
    第24章即後一章，對現在及未來的高性能Z源逆變器（ZSI）/準Z源逆變器（qZSI）做了全面而繫統的概述，並對阻抗網絡參數的設計做了詳細說明。本章重點關注ZSI/qZSI，也即是阻抗源逆變器。由於這種逆變器單級功率變換具有升壓/降壓功能，且能在較寬範圍內調節提供所需幅值的直流電壓，從而降低對逆變器的性能要求，並允許同一橋臂的功率器件同時導通，因此現在受到了廣泛的關注。本章還介紹了傳統ZSI/qZSI的工作原理和控制方法，並對一些延伸發展出的新型拓撲結構的優點進行了討論，例如電池供電的qZSI和基於qZSI結構的串聯多電平繫統。
                                                                  Haitham Abu-Rub
                                                                 Mariusz Malinowski
                                                                  Kamal Al-Haddad

我非常高興且榮幸地為這本走在科技前沿的書籍《電力電子應用技術手冊》撰寫序言。電力電子與傳動控制是一個極其復雜的領域，由貫穿整個電氣工程的多個學科組成。因此，由一位專家撰寫一本涉及全部領域的圖書幾乎不可能；特別是大家見證了近些年來，控制理論、信號處理、可再生能源，以及電動汽車和插電式混合動力電動汽車等相關領域的快速發展，這些領域的進步都極大地促進了電力電子繫統出現新的解決方案。因此，本書是由這些領域的多位知名專家共同編寫完成的。
    《電力電子應用技術手冊》共24章，分為三大部分：部分由第1～5章組成，介紹了電力電子對新興技術的影響；第二部分由第6～11章組成，介紹了分布式發電繫統中的電力電子技術；第三部分由第12～24章組成，介紹了電力電子技術在運輸及工業中的應用。第1章由世界著名的電力電子專家Bimal K.Bose教授執筆；第2章概述了高壓直流（HVDC）輸電及柔性交流輸電繫統（FACTS）中的電力電子技術；第3章介紹了智能電網的概念；第4章介紹了電力半導體的技術；第5章是部分的後一章，介紹了一種新型交流鏈路通用功率變流器。本書的第二部分從第6章及第7章開始，概述了可再生能源的技術發展，並由世界知名專家Frede Blaabjerg執筆，這兩章內容涉及風力發電及光伏（PV）發電中的電力電子內容。接下來的4章（第8～11章）涉及可再生能源繫統中的可控性分析、分布式發電、雙饋感應電機（DFIM），以及AC-DC-AC變流器。本書的第三部分，也是內容多的部分，是以運輸相關的2章（第12、13章）開始，其中一章介紹了關於飛機的現代電力電子解決方案，另一章介紹了關於電動汽車和插電式混合動力電動汽車。繼這兩章之後，分別討論並介紹了多電平變流器（第14章）、多相矩陣變換器（第15章）、高功率因數整流器（第16章）、有源電力濾波器（第17章）、帶有電力電子的硬件在環仿真繫統（第18章）、變頻器驅動電機的預測控制（第19章）、電流源變流器（第20章）、傳動繫統中脈寬調制（PWM）的共模電壓抑制和軸承電流抑制（第21章）、工業中的大功率驅動（第22章）、單相電網側換流器的調制與控制（第23章）、阻抗Z源逆變器（ZSI）和準Z源逆變器（qZSI）（第24章）。
     《電力電子應用技術手冊》具有當代書籍的典型特征，並以獨創性的方法討論了作者們目前研究的幾個方面，其中簡潔的語言、易懂的插圖十分適合高等院校電氣工程、電力繫統等專業的師生，以及相關行業的研究人員和工程技術人員閱讀。
    後，我要感謝各位作者在本書的編寫過程中的無私奉獻，纔能使本書涉及可再生能源繫統、智能電網、分布式發電、運輸及其他工業領域的方方面面。這項工作完美地填補了目前電力電子繫統方面的知識空白，並有助於更好地理解和進一步應用相關技術。

                                                     Marian P.Kazmierkowski, IEEE Fellow
                                                    波蘭華沙工業大學控制與工業電子學院原

我們非常榮幸地有機會翻譯Haitham Abu-Rub等來自相關領域/行業的世界著名教授或專家的這本經典之作！
    《電力電子應用技術手冊》全面、詳細、深刻地闡述了多個電力電子領域的前沿理論技術、工程實踐經驗、核心技術要點、產品及行業發展趨勢等。
    在《電力電子應用技術手冊》翻譯中，本人對第1、2、3、5章進行了翻譯，宇文博博士對第6、11、15、21章進行了翻譯，蘇位峰博士對第7、14、16、17章進行了翻譯，苟軍善高工對第4、8、10、23章進行了翻譯，周友博士對9、12、13、18A、18B章進行了翻譯，榮飛博士對第19、20、22、24章進行了翻譯，周京華博士對前言及第2、4、6章中的部分內容進行了翻譯，白志紅博士對第13、14、17章中的部分內容進行了翻譯。在翻譯過程中，還有以下人員對部分章節的翻譯提供了重要的支持與幫助：耿華博士對第3章，劉淳博士對第5章，高強博士對第7章，郭小強博士對第11章碩士對第14章，郭高鵬博士對第16章等。
    此外，除了以上主要翻譯人員的交叉校核外，本人和宇文博博士、蘇位峰博士、周京華博士、白志紅博士等一起對所有章節進行了名詞術語統一、校核和修訂。
    在此，衷心感謝清華大學的李發海教授（本人和蘇位峰在攻讀博士學位時的導師）對翻譯過程中的難點給予的釋疑和指導！同時，衷心感謝以康勁松博士、郎永強博士、王政博士、貴獻國博士、胡安平博士、薄紹寧博士、繩偉輝博士、趙建明教授，以及中車永濟電機的郭海軍、李宏智、李文科、李偉宏等為代表的眾多電力電子、電機、自動控制等方面的學者和專家，感謝針對翻譯中遇到的具體技術問題，大家所進行的相關探討和技術交流。
    書中內容涉及的工業領域廣泛，新的前沿技術眾多，限於時間和翻譯人員的水平，書中會有翻譯不準確或不正確的地方，歡迎大家多提寶貴意見和進行深入的技術探討。希望通過本書的翻譯，能夠對國內電力電子相關行業的發展起到一定的促進作用！

                                                      衛三民