电力电子系统电磁瞬态过程

本书系统地论述了电力电子系统瞬态过程的理论分析和实际应用。全书内容分为10章。靠前章从电力电子系统解析和综合两方面分别梳理和认识电力电子系统的结构和属性； 第2章叙述电力电子系统电磁瞬态过程及其建模； 第3~5章分别论述了功率开关器件瞬态特性、瞬态换流拓扑及其杂散参数和基于器件特性的系统安全工作区； 第6~8章分别论述了电磁瞬态过程的量测、主电路电磁脉冲及其序列和高性能闭环控制及其限制； 第9章阐述了瞬态电磁能量平衡控制策略基本原理与控制方法； 靠前0章主要介绍了电磁瞬态分析在典型电力电子系统中的应用。
本书可供从事电力电子领域工作，特别是从事大容量电力电子系统研究、装置开发和工程应用的专业人士参考，也可作为高等院校相关专业教师和研究生的参考教材。

赵争鸣，清华大学电机工程与应用电子技术系教授，博士生导师，电力系统国家重点实验室副主任。1991年于清华大学电机系获工学博士学位，留校任教至今。19941997年先后在美国俄亥俄州立大学和美国加州大学欧文分校从事博士后研究工作，1998-1999年先后在加拿大哥伦比亚大学和香港大学作不错访问学者和研究教授。主要研究方向包括：大功率电力电子技术、光伏并网发电及应用、电机及其控制、无线电能传输等。先后兼任IEEE电力电子学会（PELS）执委会委员（2014-2016年），IEEE电力电子学会（PELS）会员发展委员会（2013-2015年），IEEE电力电于学会（PELS）北京分部（2007年至今）；同时兼任中国电工技术学会常务理事，电力电子学会副理事长，北京电力电子学会副理事长；担任多种靠前外重要学术期刊主编、副主编和编委。先后负责完成多项国家攻关课题、国家“863”课题、国家自然科学基金重点和面上课题以及多项重大横向科研课题和靠前合作项目。20152019年负责主持国家自然科学基金重大项目“大容量电力电子混杂系统多时间尺度动力学表征与运行机制”。发表400余篇学术论文，出版6部科技书籍；获得30余项国家发明专利、20余项软件著作权，获得10余项科技成果奖。2005年获得“全国很好科技工作者”称号，2006年评为“北京市教育创新标兵”，2012年获得中国电工技术学会电工行业科技成就奖。
袁立强，副研究员，博士生导师。2004年毕业于清华大学电机系，获博士学位，同年进入清华大学电机系丁作，现任电力电子与电机系统研究所副所长。主要从事大容量电力电子技术、新能源发电、电力牵引、功率半导体器件等教学和研究工作。曾负责自然科学基金项目，参与“863”项目、国家科技支撑项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大项目等。出版4部著作，发表科技论文100余篇，获国家发明授权专利20余项。先后获得省部级科技奖一等奖3项，二等奖1项，三等奖1项。
鲁挺，助理研究员，2010年毕业于清华大学电机丁程与应用电子技术系，获得博士学位，同年进入清华大学电机工程与应用电子技术系工作。主要从事大功率半导体器件应用、大容量电力电子变换、新能源并网发电等方面研究。曾参与国家高技术研究发展计划（“863”计划）项目“能源高效转换高压大容量新型功率器件研发与应用”、国家科技支撑计划课颢“7MW级风电机组及关键部件设计和产业化技术”、国家自然科学基金重大项目“大容量电力电子混杂系统多时间尺度动力学表征与运行机制”、国家自然科学基金重点项目“大容量特种高性能电力电子系统理论与关键技术研究”等项目研究工作。发表论文80余篇，获中国电工技术学会科学技术一等奖2项、靠前学术会议很好论文奖3项，授权发明专利7项、软件著作权12项。2015年进入荣信汇科电气技术有限责任公司工作，主要从事柔性直流输电、大容量变频器、大容量STATCOM等大容量电力电子产品和工程研发工作。

第1章绪论
1.1电力电子系统解析
1.1.1功率半导体器件
1.1.2功率变换电路
1.1.3脉冲控制
1.2电力电子系统综合
1.2.1硬件与软件的统一性
1.2.2能量与信息的互动性
1.2.3线性与非线性的转换性
1.2.4离散与连续的混杂性
1.2.5多时间尺度的协调性
1.3电力电子系统应用
1.3.1柔性交直流输电
1.3.2新能源并网发电中电力电子装置
1.3.3电力牵引
1.4电力电子系统存在的问题
1.4.1对功率开关器件短时间尺度的电磁瞬态过程认识不清
1.4.2瞬态电能变换拓扑结构理想化
1.4.3信号脉冲与能量脉冲差异
1.4.4电磁瞬态过程不明确
第2章电磁瞬态过程及其建模
2.1电力电子系统中的电磁瞬态过程
2.1.1主功率回路电磁瞬态过程
2.1.2驱动回路电磁瞬态过程
2.1.3控制回路电磁瞬态过程
2.2电磁瞬态过程数学模型
2.2.1电磁瞬态过程建模方法
2.2.2主电路电磁瞬态模型
2.2.3元器件电磁瞬态模型
2.2.4驱动电路和控制电路的电磁瞬态模型
2.3时间尺度的差异及其影响
2.3.1典型瞬态回路时间尺度及比较
2.3.2不同时间常数回路电磁变换关系
2.3.3时间常数差异带来的影响
2.3.4电磁变换平衡下的回路参数匹配
2.4电磁脉冲及脉冲序列
2.4.1电磁脉冲及脉冲序列数学描述
2.4.2脉冲及其序列传输和变异
2.4.3时间脉冲序列和脉冲逻辑组合
第3章功率开关器件瞬态特性
3.1功率开关器件的物理机制和器件特性关系
3.1.1物理机制与典型器件特性的关系
3.1.2不同物理机制器件特性差异
3.2变换器中功率开关器件瞬态特性测试
3.2.1单个器件测试的拓扑与控制
3.2.2独立测试平台单个器件瞬态特性
3.2.3变换器中的单个器件瞬态特性
3.3变换器中功率开关器件瞬态特性分析
3.3.1运行中开关特性分析
3.3.2相互影响现象分析
3.4功率开关器件的并联运行
3.4.1关键参数对并联器件瞬态特性影响
3.4.2IGBT并联特性分析
3.4.3IGBT并联实验研究
3.5功率开关器件的串联运行
3.5.1器件串联均压的基本思路
3.5.2IGCT串联
第4章瞬态换流拓扑及其杂散参数
4.1瞬态换流拓扑定义
4.1.1变换器拓扑定义
4.1.2变换器瞬态换流拓扑
4.2复杂主电路杂散参数提取方法
4.2.1提取方法对比
4.2.2PEEC准确性分析
4.2.3复杂结构的参数提取简化处理
4.3基于模块封装IGBT的变换器主电路杂散参数分析
4.3.1杂散参数对变换器中IGBT特性影响
4.3.2IGBT变换器直流母排建模
4.4基于平板压装IGCT的变换器主电路杂散参数分析
4.4.1IGCT三电平变换器主电路母排建模
4.4.2瞬态换流拓扑
4.5杂散参数影响量化分析及其优化
4.5.1模块封装IGBT变换器中的杂散参数影响评估
4.5.2模块封装IGBT变换器母排优化
4.5.3平板压装IGCT变换器中的杂散参数影响评估
4.5.4平板压装IGCT三电平变换器母排优化
第5章基于器件特性的系统安全工作区
5.1系统安全工作区的定义
5.1.1系统安全工作区的基本思想
5.1.2器件安全工作区与系统安全工作区的关系
5.2系统安全工作区的数学模型
5.2.1关键器件、拓扑和控制参数定义
5.2.2数学模型推导
5.2.3基于系统安全工作区设计样例
5.3系统安全工作区的影响因素分析
5.3.1直流母排杂散参数影响
5.3.2控制参数影响
5.3.3外部参数影响
5.3.4温度参数影响
5.3.5器件并联特性影响
5.4基于系统安全工作区的评估与优化设计
5.4.1评估与优化设计流程
5.4.2系列化电力电子变换器设计中的应用
5.4.3基于系统安全工作区变换器评估与保护
第6章电磁瞬态过程的量测／观测分析
6.1采样系统的结构、组成和功能
6.2采样系统中功率量和信号量的差异
6.3采样延迟和误差对控制性能的影响
6.3.1频域分析
6.3.2时域分析
6.4抑制采样延迟和误差设计
6.4.1硬件设计
6.4.2软件设计
6.4.3采样系统优化设计的效果
第7章主电路电磁脉冲及其序列
7.1电力电子系统中各类脉冲及其序列的数学描述
7.1.1各类脉冲的区别及演化过程
7.1.2能量脉冲数学描述
7.1.3信号脉冲数学描述
7.1.4能量脉冲序列数学描述
7.1.5信号脉冲序列数学描述
7.2脉冲形态变化的影响及解决方法
7.2.1死区影响及最小脉宽设计方法
7.2.2最小脉宽影响及解决方法
7.2.3离散误差及其补偿方法
7.3脉冲时序变化的影响及解决方法
7.3.1脉冲延迟对控制性能的影响
7.3.2脉冲延迟的补偿方法
第8章高性能闭环控制及其限制
8.1闭环控制系统结构与限制
8.1.1闭环控制系统的结构
8.1.2传统控制方法的限制
8.2控制策略造成的无效脉冲的影响及解决方法
8.2.1控制耦合产生的无效脉冲
8.2.2控制器饱和产生的无效脉冲
8.2.3变换器特殊运行状态中产生的无效脉冲
8.3短时间尺度主动控制方法
8.3.1主电路电磁脉冲的控制方法分类
8.3.2主电路电磁脉冲的主动控制方法
8.3.3主动控制方法的效果
8.3.4主动控制方法与主电路集成技术
8.3.5分布式主动控制方法的效果
第9章瞬态过程中的电磁能量平衡
9.1电磁能量平衡及建模
9.1.1瞬态电磁能量平衡关系
9.1.2基于瞬态能量平衡的控制建模
9.2基于瞬态能量平衡的控制
9.2.1传统电压控制策略性能分析
9.2.2基于瞬态能量平衡的控制策略
9.3背靠背变换器能量平衡控制
9.3.1双PWM变频器系统的能量平衡模型
9.3.2双PWM变频器母线电容能量波动过程分析
9.3.3基于分步补偿的能量平衡控制策略
9.3.4基于能量平衡控制策略的母线电压波动最小化设计方法
9.4电磁能量平衡控制分析
9.4.1控制系统小信号模型
9.4.2系统稳定性分析
9.4.3系统动态性能分析
9.4.4系统稳态误差分析
9.4.5仿真与实验结果分析
第10章变换系统中电磁瞬态分析的应用
10.1高压IGBT串联变换器电磁瞬态分析
10.1.1适用于高压IGBT串联的瞬态机理模型
10.1.2串联IGBT瞬态行为分析
10.1.3拖尾阶段的瞬态特性
10.2基于SiC器件的高频变换器
10.2.1开关瞬态过程分析与建模
10.2.2高频变换器电磁瞬态过程分析
10.3结语
参考文献