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

4.4 SiC器件的柵極和基極驅動64

4.5晶體管並聯72

4.6應用概述79

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

5.8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

6.4風電變流器118

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

6.7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

7.3並網光伏發電繫統的架構136

7.4光伏發電繫統的並網控制150

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第一種方法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

8.4通過LCL型濾波器連接到電網的風力發電機的可控性172

8.5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

8.6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

9.2與電網互動的分布式發電繫統的功率變流器控制204

9.3輔助功能218

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

10.2基於AC－DC－AC變流器的雙饋感應電機矢量控制234

10.3基於雙饋感應電機的風力發電繫統254

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

11.2 AC-DC-AC拓撲結構的脈寬調制策略271

11.3二極管鉗位變流器的直流電容電壓平衡276

11.4 AC-DC-AC變流器的控制算法286

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