电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

赵争鸣，袁立强，鲁挺 著

图书标签:

• 电力电子
• 电磁瞬态
• 电力系统
• 现代电力系统
• 高压直流
• 电力质量
• 电网安全
• 电能转换
• 电力设备
• 电磁兼容

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302466345

版次：1

商品编码：12106779

包装：平装

丛书名： 现代电力系统丛书

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：426

字数：543000

正文语种：中文

编辑推荐

结合多年的理论探索和技术实践， 揭示电力电子电磁瞬态过程的规律及分析方法，是一部高水平的著作

内容简介

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。第1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； 第10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。

目录

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

精彩书摘

第3章功率开关器件瞬态特性
功率开关器件是电力电子变换的基础，功率开关器件只有在电力电子系统应用中才能真正体现其特性。从系统解析的角度看，功率开关器件是电力电子系统构成的主要要素之一，并与变换系统中的其他要素(如主电路拓扑和控制等)交叉耦合在一起，共同决定了电力电子系统的电磁瞬态过程。从系统综合的角度看，功率开关器件是从软件到硬件的关键执行元件，是信息能量互动的重要集结地，也是系统中非线性现象最突出的地方。所以，功率开关器件瞬态特性是电力电子系统瞬态过程中的关键环节，从功率开关器件本身来看，其内部物理机制和外部影响因素共同决定了它的电磁瞬态特性。
3.1功率开关器件的物理机制和器件特性关系
3.1功率开关器件的物理机制和器件特性关系
功率开关器件(power semiconductor devices)也称电力半导体器件。根据IEEE的一般定义，电力电子技术是有效地使用电力半导体器件，应用电路和设计理论以及分析方法工具，实现对电能的高效变换和控制的一门技术。
在大容量电力电子技术应用中，功率半导体的地位更加突出，它对装置的可靠性、成本和性能起着十分重要的作用，目前功率开关器件的水平还远不能满足实际的需求。所以，如何掌握好功率开关器件的电磁瞬态特性、充分发挥器件的应用潜力，一直是研究热点。图3.1给出了几种典型的高压大容量功率开关器件的电压电流容量图。由图可见，功率开关器件的电量额定值是有限值的。
图3.1几种典型的高压大容量功率开关器件额定电压和电流
功率开关器件特性并无准确的定义，一般指的是功率开关器件在变换器应用中所表现出来的各种电气、热工和机械特性，包括器件的通态、阻态、开通、关断、恢复、驱动、机械、热特性等，体现为器件外在的、可测量的特性，而实际上这些特性是由器件内部的物理机制与器件外部因素之间的相互影响共同决定的。功率开关器件具体型号繁多，可以按照物理机制分成几大类，每类器件的特性具有一定的相似性。
3.1.1物理机制与典型器件特性的关系
从器件的物理本质上讲，功率开关器件与集成电路(IC)芯片非常类似，它们都由PN结、双极型晶体管、MOS(金属氧化物半导体)等结构构成，因此基本的半导体器件物理学理论可以适用于这两个不同领域的器件。但是从器件的制作和应用角度讲，两类器件存在明显的差异，功率开关器件应用中需要考虑大功率电路特性，如绝缘、大电流能力等。在实际应用中，以开关模式为运行特征，一般不运行在放大状态。功率开关器件应用在电力电子变换器中，实施的是电磁能量变换，而不是单纯的数字信号逻辑，或者简单的开/关状态。因此，功率开关器件所固有的非理想特性在电力电子变换器中显得非常重要。
1. 物理机制分类
对于功率开关器件来说，其物理机制与器件内部载流子性质和内部构造有密切关系。按照半导体器件中载流子的性质可以分为双极型、单极型和混合型，按照半导体器件中内部的简化构造可以分成两层一结的二极管、三层两结的晶体管、四层三结的晶闸管等。
1) 双极型器件
双极型器件是指在器件内部电子和空穴两种载流子都参与导电过程的半导体器件，都是基于PN结原理的结型半导体器件，也称结型器件。但是结型场效应晶体管(JFET)等器件，其工作时器件内仅有多数载流子参与导电，属于单极型器件。双极型器件的通态压降低、阻断电压高、电流容量大，开关频率一般不高，适用于中大容量的变流装置。常见的有BJT、GTO、GCT(IGCT中的门极换流晶闸管，不包括集成门极电路)等。
BJT是三层结构的双极型器件，它具有控制方便、开关时间短、通态压降低、高频特性好等优点。由于存在二次击穿的问题和耐压难以提高的缺点，阻碍了它的进一步发展，因而在大容量电力电子系统使用较少。
GTO是四层结构的双极型器件，是目前耐压较高、电流容量较大的一种全控型器件。其派生形式较多，如逆阻型、逆导型、无反压型、掩埋门极型、放大门极型以及MOS型等。这种器件的缺点是关断增益较小，门极反向关断时容量要求大； 为了限制dv/dt及关断损耗，需设置专门的缓冲电路而会消耗一定的能量。但与传统的晶闸管相比，GTO在体积、质量、效率、可靠性诸方面有较明显的优势。GTO通过寿命控制技术折中了导通电压和关断损耗之间的矛盾，它一方面在许多高电压大电流应用领域中取代了传统的晶闸管，另一方面又在一些稍低容量等级应用中逐渐被IGCT等器件取代。
2) 单极型器件
单极型器件是指器件内只有一种载流子(即多数载流子)参与导电过程的功率开关器件。这类器件的开关频率一般较高，耐压为几百伏的器件最高开关频率可以达到几十到几百千赫。典型器件代表有功率MOSFET。
功率MOSFET为电压控制器件，具有驱动功率小、开关速度高、无二次击穿问题、安全工作区宽等显著特点。这种器件还具有电流负温度系数、良好的电流自动调节能力、良好的热稳定性和较高的抗干扰能力等优点。另外，由于导电机理和结构的特点，其电流容量和耐压提高难度较大，通常用于中小功率、开关频率较高的变流装置中。
肖特基二极管和JEFT等器件工作时，其器件内部只有多数载流子参与导电行为，属于单极型器件。这类器件的开关频率甚至可以达到兆赫，但是器件的容量非常有限，当宽禁带材料用于该类材料时，器件的容量水平才得到明显提高。
3) 混合型器件
混合型器件也称复合型器件，由双极型器件和单极型器件集成混合而成。它们利用耐压高、电流密度大、导通压降低的双极型器件(如SCR、GTO、BJT等)作为功率输入输出通道，而利用输入阻抗高、响应速度快的单极型器件MOS结构作为控制通道，因而兼备了两者的优点。这类器件的典型代表有IGBT和IEGT等，而IGCT等为通过芯片外部实现两类器件混合的器件。
IGBT由于其突出的优良性能而得到越来越广泛的应用。它具有大功率晶体管的导通压降低、通流密度大等优点，又同时兼具MOSFET的开关频率高、开关损耗低、控制方便等优点。因此，IGBT开关器件发热少，驱动功率小，体积趋于更小。同时，IGBT的安全工作区宽，噪声低，驱动保护十分容易，具有正电阻温度系数的IGBT可以并联运行。
IEGT是一种电子注入增强型绝缘栅极晶体管，其栅极具有改进构造，再加上精密设计的阴极结构，使它既能保持IGBT的优良关断特性，又能在大电流情况下降低通态电压。
IGCT是集成门极驱动电路和门极换流晶闸管(GCT)的总称。其特性介于GTO与IGBT之间，具有功率大、耐压高、开关频率较高、驱动功率小等特点，适合作为中高压变换器开关器件。
随着功率开关器件的不断发展，新的材料、工艺和技术的采用，一些分类标准并不能很好体现电力半导体器件的区别，因此也产生其他一些分类方法。比如，随着宽禁带材料的使用，基于SiC和GaN材料的器件正成为器件领域研究的热点问题，此时可以按照材料特性对器件进行分类，如Si器件、SiC器件和GaN器件等。同样，随着器件在变换器中的安装形式不同，根据器件的封装进行分类，如压接式器件、模块器件等，一般的压接器件的电流容量都较大。
在此选取几种典型特性，如极限结温、耐压、过流等，来分析器件内部的物理机制。
2. 器件的极限结温与半导体本征温度
功率开关器件的应用特性几乎全都与温度有关，在所有的器件手册中都规定了极限工作结温，这实际上与构成器件的半导体材料密切相关。在功率半导体分析中，控制掺杂半导体的载流子浓度非常关键。一般假设掺杂杂质都被电离，同时杂质载流子浓度远大于本征载流子浓度，这是控制半导体器件特性的基础。实际上这些假设都与温度存在一定的关系。
在器件机制分析中，经常假设半导体中的纯载流子浓度|ND-NA|(ND一般为五价杂质浓度，也称为施主杂质浓度； NA一般为三价杂质浓度，也称为受主杂质浓度)比本征载流子浓度ni大得多。而实际上，随着半导体材料温度的不断升高，材料中硅的价电子能获得的热能不断增加。本征载流子浓度也在不断增加。当增加到一定程度，上述假设不再满足，此时硅半导体中的电子浓度不再近似等于|ND-NA|。图3.2中，给出了N型半导体中不同|ND-NA|值下，自由电子浓度随温度变化而变化的情况。
图3.2电子浓度随温度变化而变化的情况
在很低的温度条件下，电子被施主原子或空穴被受主原子所约束而没有被电离，称作载流子被冻结。杂质原子不能完全被电离，会很明显地影响半导体中的载流子浓度。在图3.3中完整地给出了一个N型半导体从低温到高温时电子浓度的变化。在很宽的温度范围内，电子浓度与掺杂原子浓度相等，这个范围被称为工作区。在高温条件下，本征载流子浓度很快增加，最后超过掺杂原子浓度，该温度点一般称为本征温度。
当半导体温度高于本征温度时，掺杂原子对载流子浓度不再有影响，该温度对于半导体材料构成的器件非常重要，所以本征温度与半导体器件最高工作温度有密切关系。另一方两者又存在差异，这与功率开关器件的设计关系十分密切。比如功率开关器件为了提高耐压，总是需要一个有很低掺杂浓度的区域，通常该区域对应的本征温度不等于器件最高工作温度。一般来说，保证器件额定运行的最高温度即为额定最高结温。通过图3.3看出，硅器件的额定最高结温一般为125~150℃，该温度是由硅材料特性决定的。在宽禁带材料构成的器件中，该温度可以大大提高，这是宽禁带器件优于硅基器件的特性之一。
图3.3N型半导体电子浓度随温度变化示意图
3. PN结的击穿与穿通
几乎所有功率开关器件的耐压主要是由PN结承担，器件在正、反向承压时参与承压的PN结可能不同。
由PN结的伏安特性可知： 在施加反向偏压时，反向电流与反向偏压无关而保持一很小的数值，即反向饱和电流(也称为漏电流)。然而，在实际的反偏置PN结中，反向电流随着反向电压的增大而略有增长。当反向偏压增大到某一数值时，反向电流骤然变大，如图3.4的第三象限所示。
……

前言/序言

继人们对电机过渡过程和电力系统暂态过程分析之后展开的对电力电子系统瞬态过程的分析，正改变着人们对电气工程学科的看法，使之形成一种新的电气工程学科自然观，促进了一批电气工程学科新思想、新理念、新方法和新技术的孕育和发展，并有可能从根本上影响现代电气工程学科的动力学分析体系。
与电机和电力系统学科不同，电力电子学科从一开始就定义为交叉学科，包括功率半导体器件、功率变换电路以及对器件与电路的控制，同时需要考虑电磁场、热力场、机械力场等多种物理场的融合。特别是全控型半导体开关器件的应用和脉冲调制技术的引进，它们将连续变化的电磁能量转化为准离散型的、可控的电磁能量脉冲序列组合，使得原来在电机学和电力系统暂态分析中采用的连续的大时间尺度电磁暂态过渡过程分析方法难以适用。它不仅带来对脉冲型电磁瞬态过程分析方法的困惑，更是带来人们对电磁能量变换认识上的变更。从这个意义说，电力电子学科的发展是对整个电气工程学科内涵的深化和外延的扩展。
电力电子系统由半导体开关器件、电子电路及控制等要素构成，尽管各要素特性不尽相同，但是从整个变换系统的角度来看，由于它们在系统中的有机结合，从而形成了电力电子系统的有机统一。一般来说，电力电子系统具有硬件与软件的统一性、能量与信息的互动性、线性与非线性的转换性、离散与连续的混杂性以及多时间尺度的协调性等，正是这些独有的综合特性体现出了电力电子学科自身的学科属性。与之相对应的电力电子技术则需要处理好在这些属性条件下的电磁能量可控变换，涉及电磁能量变换瞬态过程及其平衡，需要处理好器件与装置、控制与主电路、分布参数与集总参数等关系的问题。
电力电子变换理论和技术目前还处在一个基于功率半导体技术、电子电路技术以及控制技术的简单合成应用技术层面，基本上还处于实验科学的范畴，其自身理论体系还在持续发展过程之中。从系统集成、能量变换以及电磁瞬变的角度进行电力电子技术(特别是针对大容量电力电子装置与系统)的应用基础理论研究应该是这种发展的主要方向。过去二十多年来，我们研究团队先后在电机传动控制、光伏并网发电、大容量多电平变换器研制，以及近年来的面向能源互联网的电能路由器、无线电能传输等方面进行了较深入的理论研究和工程应用，深刻感受到电磁瞬态过程是电力电子系统中的关键核心问题之一。正是基于这样一个认识，结合我们研究团队多年来在电力电子系统领域的理论探索和技术实践，我们撰写了这本书，尝试初探电力电子系统电磁瞬态过程的规律及其分析方法，进而起到抛砖引玉的作用。
本书共分为10章。第1章为绪论，从大容量电力电子系统入手，分别从电力电子系统的解析和综合两方面来梳理和认识电力电子系统的结构和属性，围绕电力电子系统的核心问题——电磁能量变换瞬态换流平衡，阐述这种变换所具有的多时间尺度、准离散性和强非线性等特点。在分别叙述典型大容量电力电子应用系统的电磁瞬变特点之后，列举了电力电子系统研究和应用中存在的相应困惑和问题。第2章作为立论基础，叙述了电力电子系统中不同换流回路、不同变化时间尺度的电磁瞬态过程； 简述了针对这些电磁瞬态过程的数学建模以及建模方法； 具体分析了各时间尺度的差异及其带来的影响； 分析了各种电磁脉冲及其序列的数学描述和差异。第3章从功率半导体器件的内部物理机制和外部影响因素两个方面，分析了功率半导体器件在电力电子系统应用中表现出来的电磁瞬态特性。第4章论述了瞬态换流拓扑及其杂散参数，包括不同类型变换器中的杂散参数影响差异、杂散参数的提取方法以及如何设计降低杂散参数影响等问题。第5章在分析了器件特性和变换器各元素之间相互约束关系的基础上，论述了电力电子系统安全工作区的概念，从系统的角度、能量变换的角度以及全时域电磁瞬态过程的角度来描述电力电子装置的尽限应用和可靠性之间的矛盾。第6章描述了采样系统的结构、组成和功能，论述了采样系统中功率量和信号量之间的差异，分析了采样延迟和误差对控制性能的影响，并给出了采样系统的优化设计方法。第7章叙述了信号脉冲、驱动脉冲和功率脉冲之间的差异和互动关系，通过这些脉冲的比较，讨论了电力电子系统中的信息与能量之间的互动关系。第8章从控制的角度来分析电力电子系统中的高性能闭环控制及其限制，讨论了闭环控制的结构、传统控制的特性及其限制，特别分析了无效脉冲和异常脉冲产生的原因以及带来的影响。第9章基于电力电子变换器中瞬态能量分布和流动规律，阐述瞬态电磁能量平衡控制策略的概念和基本原理； 演示基于瞬态电磁能量平衡的控制方法； 分析基于瞬态电磁能量平衡的控制方法的稳定性和鲁棒性。第10章重点介绍电磁瞬态分析在高压IGBT串联动态均压变换器和基于SiC高频开关器件的功率放大器等变换系统中的应用。
本书总结了我们研究室十多年来在电力电子变换系统理论探讨和技术实践的研究成果。曾经在我们研究室学习和工作过的不少学者和同学为本书内容作出了重要贡献，他们是白华、张海涛、易荣、张颖超、张永昌、钟玉林、胡斯登、尹璐、邹高域、贺凡波、陈凯楠、姬世奇、葛俊杰等，在此对他们表示衷心感谢。同时在撰写本书的过程中，还得到本研究室其他老师和同学们的大力帮助和校核，如孙晓瑛、翁幸、蒋烨、凌亚涛、鲁思兆等，在此一并表示感谢。另外，在撰写该书时，我们参阅了大量的论著文献，主要的已经列入了参考文献中，在此对这些论著文献的作者表示衷心的感谢。
本书部分内容是在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”(51490680、51490683)资助下完成的，如电力电子综合系统分析、电磁瞬态过程建模、信号脉冲与功率脉冲的比较、多时间尺度的比较和分析、基于能量平衡的控制方法等，在此深表感谢。
本书可供从事电力电子技术，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，也可供高等院校相关专业的教师和研究生作为参考书籍。
由于作者水平有限，且电力电子系统电磁瞬态过程研究仍处在动态发展之中，我们在这方面仅做了一些初步的工作，书中难免存在许多的不足，甚至是错误之处，恳请广大读者批评指正。
赵争鸣2017年3月于清华园

《现代电力系统丛书》系列图书简介 “现代电力系统丛书”旨在为电力工程领域的专业人士、研究人员以及高等院校师生提供一套系统、深入、前沿的专业知识读物。该系列丛书涵盖了当前电力系统发展中的关键技术、理论和应用，以期帮助读者掌握电力系统运行、规划、设计和创新的核心要素，迎接未来能源转型的挑战。 本丛书紧密围绕“现代电力系统”这一核心概念展开，聚焦于以下几个关键领域，并在此基础上不断拓展新的研究方向： 一、 电力系统运行与控制 电网稳定性与可靠性： 深入探讨电力系统在扰动下的动态行为，包括暂态稳定性、小信号稳定性、电压稳定性和频率稳定性的分析方法与控制策略。介绍先进的稳定控制技术，如同步调相机、静态同步补偿器（STATCOM）、能量存储系统（ESS）等在提升电网鲁棒性方面的应用。同时，关注系统故障分析、继电保护的原理与实践，以及灾难恢复与韧性建设。 现代电网运行与调度： 剖析现代化电网运行模式，特别是风电、光伏等间歇性可再生能源并网后对调度带来的新挑战。介绍实时调度、经济调度、安全经济调度等传统调度理论及其在复杂电力系统中的优化应用。重点关注新能源发电预测、储能优化调度、需求侧响应（DSR）等关键技术，以及基于大数据和人工智能的智能调度系统。 电力系统状态估计与监测： 阐述电力系统状态估计的原理、算法与实际应用，包括卡尔曼滤波、加权最小二乘法等。介绍状态监测、故障检测与诊断（FDD）技术，以及智能传感器网络在全面提升电网可见性与态势感知能力方面的作用。 二、 电力系统规划与设计 电力系统规划理论与方法： 覆盖了电力系统长期、中期和短期规划的各个环节。详细介绍负荷预测、电源选址与容量配置、输配电网网架结构优化、可靠性指标评估等核心内容。关注面向高比例可再生能源接入的规划技术，以及与社会经济发展、环境保护相协调的综合规划理念。 配电网规划与设计： 聚焦于配电网的现代化升级，包括配电自动化、配电网规划优化、故障定位与隔离、分布式电源（DG）接入对配电网的影响及应对策略。深入探讨低压配电网的规划与运行问题，以及微电网的设计与并离网运行控制。 输电网规划与建设： 涵盖了特高压输电技术、直流输电（HVDC）与柔性直流输电（LCC-HVDC, VSC-HVDC）的应用与发展，以及输电网的扩建与升级策略，以满足远距离、大容量电力传输的需求，并解决跨区域电力互济问题。 三、 新型电力技术与应用 可再生能源并网技术： 深入研究太阳能光伏、风力发电等新能源并网的关键技术问题，包括接入标准、功率控制、电能质量问题、以及与传统电网的协调配合。关注先进的变流器技术、控制策略和并网设备在提升新能源发电性能和可靠性方面的作用。 储能技术在电力系统中的应用： 详细介绍各类储能技术（如抽水蓄能、锂离子电池储能、飞轮储能、氢储能等）的原理、特性、经济性分析以及在电力系统中的多种应用模式，包括调峰调频、备用电源、平滑新能源出力、电能质量改善等。 电动汽车与充电基础设施： 探讨电动汽车（EV）作为移动储能单元（V2G）与电网的互动，以及智能充电、有序充电、充电站规划与布局等关键技术。分析EV接入对电网负荷特性的影响，并提出相应的应对策略。 智慧电网技术： 整合了通信、信息、控制、传感等先进技术，构建以信息物理系统（CPS）为基础的智慧电网。介绍智能电表、先进量测基础设施（AMI）、电力通信网络、数据分析与挖掘、以及用户互动平台等智慧电网关键组成部分。 电力电子技术及其在电力系统中的应用（非瞬态过程）： （此处特别强调，本系列丛书不包含电力电子系统电磁瞬态过程的详尽分析，而是侧重于其在系统层面的应用和影响。）本系列丛书将从系统角度探讨电力电子变换器（如AC-DC, DC-AC, DC-DC变换器）在电能质量控制、电压/频率调节、有功/无功功率控制、分布式电源接入、柔性交流输电系统（FACTS）等方面的作用。重点关注其在提升系统性能、灵活性和效率方面的宏观应用，而非其内部的电磁暂态响应机理。 四、 电力市场与经济性 电力市场运行机制： 介绍不同类型的电力市场（批发市场、零售市场、辅助服务市场等）的构成、运行规则与交易模式。分析市场价格形成机制、风险管理与套利策略。 电力系统经济性分析： 关注电力项目投资决策、运行成本计算、资产评估与价值最大化。探讨容量市场、可靠性服务市场等新兴市场机制的经济内涵。 “现代电力系统丛书”系列图书注重理论与实践相结合，内容涵盖了基础理论、先进技术、工程实践和前沿研究。我们希望通过这一系列的出版，能够为推动中国乃至全球电力系统的可持续发展贡献力量，为建设安全、可靠、高效、绿色的未来能源体系提供坚实的知识支撑。

评分☆☆☆☆☆

我必须强调，《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，真的让我收获良多。它从一个全新的视角，探讨了电力电子系统的核心问题——电磁瞬态过程。我之前对电力电子系统的理解，很大程度上是被动接受的，总觉得很多现象是“理所当然”的。而这本书，则鼓励我主动去探究“为什么”。作者并没有简单地罗列公式，而是循循善诱，引导我一步步理解电磁瞬态过程的本质。它从最基本的电磁理论出发，结合现代电力电子器件的特性，详细阐述了寄生参数、开关瞬态、电磁干扰等关键因素是如何影响系统性能的。我尤其喜欢书中关于“系统级”瞬态分析的章节。它不再局限于孤立的元器件，而是将整个电力电子系统作为一个整体来看待，分析不同子系统之间的相互影响，以及这些影响如何体现在瞬态过程中。这种宏观的视角，对于理解复杂电力系统的整体稳定性和可靠性至关重要。书中还对一些非线性瞬态现象进行了深入探讨，比如饱和磁芯在高频开关下的行为，以及电容漏电对直流电压稳定性的影响。这些细节的处理，往往是决定系统成败的关键。总而言之，这本书极大地拓展了我的知识边界，让我对电力电子系统有了全新的认识，也为我今后的工作提供了宝贵的理论指导。

评分☆☆☆☆☆

我必须为《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书点赞！它不仅仅是一本学术著作，更是一本实用的工程手册。我之前在工作中遇到过不少因为电磁瞬态问题导致的系统故障，但始终找不到根本的解决方案。这本书则系统地阐述了电磁瞬态过程的成因、机理和影响，并提供了详尽的分析方法和设计策略。我特别欣赏书中关于“寄生参数”的章节。作者详细解释了电感、电容和电阻等寄生参数是如何在电力电子电路中形成的，以及它们在瞬态过程中如何引起不希望出现的电磁效应，例如振荡、过压和过流。书中还提供了如何通过合理的布局、屏蔽和滤波来减小寄生参数影响的设计技巧。这对于我正在进行的PCB设计工作，提供了宝贵的指导。此外，书中对不同类型的电磁瞬态现象，如共模干扰、差模干扰、瞬态电压下降（TVD）等，进行了详细的分析，并给出了相应的抑制方法。这些内容对我理解和解决实际工程中的电磁兼容性（EMC）问题非常有帮助。总的来说，这本书是一本不可多得的宝贵资源，它不仅提升了我对电力电子系统瞬态过程的理论认识，更重要的是，它为我提供了解决实际工程问题的有效方法。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，远超我的预期。《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》不仅仅是一本技术书籍，它更像是开启了我认识电力电子系统的一个全新维度。我一直对电力电子系统的效率和可靠性非常关注，而这本书恰恰从最根本的层面——电磁瞬态过程——来剖析这些问题。作者在书中详细讲解了电磁瞬态过程是如何导致功率损耗的，以及这些损耗如何累积并影响系统的整体效率。我尤其喜欢书中关于“动态性能”的章节。它不仅仅关注稳态运行，更深入分析了系统在动态扰动下的响应特性，包括开关瞬态、负载变化瞬态以及故障瞬态。这些分析对于设计具有高动态响应和高稳定性的电力电子系统至关重要。书中还对不同电力电子拓扑结构在瞬态过程中的行为进行了细致的比较分析，例如，在面对相同的瞬态扰动时，不同拓扑结构所表现出的鲁棒性和恢复能力。这为我在选择和优化拓扑结构时提供了重要的参考依据。总的来说，这本书让我明白了，理解电磁瞬态过程是掌握电力电子系统精髓的关键，也为我今后的研究和工程实践指明了方向。

评分☆☆☆☆☆

《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，如同一个宝藏，每次翻阅都能发现新的惊喜。我原本以为自己对电力电子系统有一定的了解，但在阅读本书之后，我意识到之前只是“管中窥豹”。这本书从一个更为基础但又至关重要的角度——电磁瞬态过程——来重新审视电力电子系统。作者对电磁场理论的引入，以及如何将其应用于分析电力电子器件和电路的瞬态行为，是我之前从未深入接触过的。书中对瞬态电磁场的产生、传播和耦合的描述，让我对电磁兼容性（EMC）有了更深刻的理解。我特别欣赏书中对不同耦合机制，如传导耦合、辐射耦合和感应耦合的详细分析，以及如何通过相应的防护措施来减弱这些耦合。这对于我当前正在进行的高密度电力电子模块设计工作，具有极高的指导意义。书中还对一些常见的瞬态现象，如浪涌、尖峰、振荡等，进行了深入的机理分析，并提供了相应的抑制和吸收方法。这些方法不仅有理论依据，更有实际工程应用的指导意义。总而言之，这本书不仅提升了我对电力电子系统瞬态过程的理论认识，更重要的是，它为我提供了解决实际工程问题的强大工具和方法论。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我大开眼界！我一直对电力电子系统在电磁瞬态过程方面的研究很感兴趣，但总觉得市面上要么过于理论化，要么就是案例分析不够深入。而《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，则完美地填补了这一空白。它不仅在理论阐述上做了详尽的讲解，例如关于电磁感应、电容充放电、寄生参数的影响等方面，都给出了清晰的数学模型和物理意义的解释，让我对这些基本概念有了更深刻的理解。更令人惊喜的是，书中还引入了大量的实际工程案例，从高压直流输电的换相冲击，到电力电子变压器中的电磁干扰，再到电机驱动系统中开关损耗引起的瞬态现象，每一个案例都分析得鞭辟入里。作者并没有止步于现象的描述，而是深入剖析了瞬态过程的产生机理，并提出了相应的抑制和控制方法。我尤其喜欢其中关于谐波传播和阻尼控制的章节，这对于理解复杂电网的稳定性至关重要。书中大量的仿真结果图和实测数据，也进一步增强了理论的实践性。我常常在阅读理论部分时，会立刻翻到对应的案例分析，将抽象的概念具象化，这种学习体验非常高效。总的来说，这是一本兼具理论深度和实践广度的佳作，对于电力电子领域的工程师、研究人员以及高年级学生来说，都具有极高的参考价值。它不仅解答了我长久以来的一些困惑，更激发了我对未来电力电子技术发展方向的思考。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，刚拿到《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书时，我并没有抱有多大的期望，毕竟这类专业书籍往往晦涩难懂，理论性过强。然而，这本书却彻底颠覆了我的看法。它的语言风格相对平实易懂，虽然涉及到大量的专业术语和复杂的数学模型，但作者总是能够用清晰的逻辑和形象的比喻来解释这些概念，让我这个非该领域顶尖专家也能轻松理解。我特别欣赏书中对瞬态过程的“可视化”描述。通过大量的波形图、频谱图和场分布图，我仿佛能够亲眼目睹电磁能量在电路中的流动和变化，以及瞬态现象对系统性能的影响。例如，在分析高频开关过程中产生的过电压和过电流时，书中提供的仿真波形图，直观地展现了这些瞬态过载对元器件寿命和系统稳定性的潜在威胁。此外，本书在案例分析方面也做得非常出色。它不仅涵盖了常见的电力电子应用，如电机驱动、不间断电源（UPS），还涉及了一些前沿领域，如新能源发电并网、电动汽车充电桩等。每一个案例都分析得非常透彻，从问题发生的原因，到解决方案的设计，再到实际效果的验证，都进行了详细的阐述。这本书让我明白了，理解瞬态过程不仅仅是为了避免故障，更是为了优化设计，提升性能，推动技术创新。

评分☆☆☆☆☆

阅读《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，就像是进行了一场深入的思维探险。我之前对电力电子系统的理解，很大程度上是被动接受的，总觉得很多现象是“自然而然”发生的。而这本书，则鼓励我主动去探究“为什么”。作者并没有简单地罗列公式，而是循循善诱，引导我一步步理解电磁瞬态过程的本质。它从最基本的电磁理论出发，结合现代电力电子器件的特性，详细阐述了寄生参数、开关瞬态、电磁干扰等关键因素是如何影响系统性能的。我尤其喜欢书中关于“系统级”瞬态分析的章节。它不再局限于孤立的元器件，而是将整个电力电子系统作为一个整体来看待，分析不同子系统之间的相互影响，以及这些影响如何体现在瞬态过程中。这种宏观的视角，对于理解复杂电力系统的整体稳定性和可靠性至关重要。书中还对一些非线性瞬态现象进行了深入探讨，比如饱和磁芯在高频开关下的行为，以及电容漏电对直流电压稳定性的影响。这些细节的处理，往往是决定系统成败的关键。总而言之，这本书极大地拓展了我的知识边界，让我对电力电子系统有了全新的认识，也为我今后的工作提供了宝贵的理论指导。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，对我来说是一次彻头彻尾的“知识启蒙”。我之前对电力电子系统的理解，很大程度上是停留在“黑箱”模型，只知道输入输出关系，却不清楚内部的具体运行机制。这本书则像一把钥匙，为我打开了理解电力电子系统内在运行规律的大门。作者从电磁场的角度出发，深入剖析了电力电子器件在开关过程中所产生的瞬态电磁效应，以及这些效应如何影响系统的整体性能。我尤其喜欢书中对“电磁兼容性（EMC）”的系统性论述。它不仅仅停留在现象的描述，而是深入分析了电磁干扰（EMI）的产生机理、传播路径和耦合方式，并提供了有效的防护设计策略。这对于我正在开发的高性能开关电源产品，具有极其重要的参考价值。书中还对不同类型的电磁瞬态现象，如感应尖峰、振荡以及电磁脉冲（EMP）等，进行了详尽的机理分析，并提供了相应的抑制和防护措施。这些内容让我明白了，要想设计出稳定可靠的电力电子系统，就必须深入理解和控制电磁瞬态过程。总而言之，这本书极大地拓展了我的视野，让我对电力电子系统有了更为深刻和全面的认识，也为我未来的工作提供了宝贵的理论指导。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书给我带来了前所未有的学习体验。在此之前，我对电力电子系统的瞬态过程的认识，更多地停留在课本上的基础公式和简单电路分析。这本书则将我带入了一个更为宏大和复杂的世界。它从一个全新的视角，审视了电力电子设备在不同运行模式下，尤其是快速开关过程中所产生的电磁瞬态现象。书中对电磁兼容性（EMC）的论述尤其令我印象深刻。作者详细分析了瞬态电磁干扰（EMI）的产生源、传播路径和耦合机制，并提供了一系列有效的防护措施，包括滤波、屏蔽、接地等。这些内容对于正在进行产品研发的我来说，具有极高的实用价值。书中对不同类型电力电子拓扑结构，如逆变器、变流器、开关电源等，在瞬态过程中的表现进行了详细的比较分析，这有助于我更清晰地认识到不同拓扑结构的优缺点，并在实际设计中做出更明智的选择。而且，书中提供的设计指南和设计技巧，更是我手中的“宝典”，能够指导我如何优化设计，减少瞬态损耗，提高系统效率和可靠性。阅读过程中，我反复思考书中的每一个公式、每一个图示，试图将其与我日常工作中遇到的问题联系起来。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师，在默默地引导着我前进。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我感到“醍醐灌顶”的书！《电力电子系统电磁瞬态过程/现代电力系统丛书》这本书，以其深入浅出的讲解方式，将原本复杂晦涩的电磁瞬态过程变得清晰明了。我一直对电力电子系统的功率损耗感到困扰，尤其是开关损耗和导通损耗。这本书在这方面提供了非常详细的分析。作者不仅给出了计算这些损耗的精确公式，更重要的是，解释了这些损耗是如何在瞬态过程中产生的，以及如何通过优化开关波形、选择合适的器件和设计合理的驱动电路来减小损耗。书中的案例分析，例如关于宽禁带半导体器件（如SiC、GaN）在高频开关应用中的瞬态特性，更是让我看到了未来电力电子技术的发展方向。通过对这些案例的学习，我明白了如何根据具体的应用需求，选择最合适的器件和拓扑结构，从而实现系统的最优设计。此外，本书对电磁兼容性（EMC）的论述也十分到位。它详细讲解了电磁干扰（EMI）的产生机理，以及如何通过滤波器设计、布局优化和屏蔽技术来抑制EMI。这些内容对于确保电力电子设备在复杂电磁环境下的正常运行至关重要。总的来说，这本书为我提供了一个全新的思考框架，让我能够更全面、更深入地理解和解决电力电子系统中的各种瞬态问题。