電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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趙爭鳴，袁立強，魯挺 著

圖書標籤:

• 電力電子
• 電磁瞬態
• 電力係統
• 現代電力係統
• 高壓直流
• 電力質量
• 電網安全
• 電能轉換
• 電力設備
• 電磁兼容

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302466345

版次：1

商品編碼：12106779

包裝：平裝

叢書名： 現代電力係統叢書

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：426

字數：543000

正文語種：中文

編輯推薦

結閤多年的理論探索和技術實踐， 揭示電力電子電磁瞬態過程的規律及分析方法，是一部高水平的著作

內容簡介

本書係統地論述瞭電力電子係統瞬態過程的理論分析和實際應用。全書內容分為10章。第1章從電力電子係統解析和綜閤兩方麵分彆梳理和認識電力電子係統的結構和屬性； 第2章敘述電力電子係統電磁瞬態過程及其建模； 第3~5章分彆論述瞭功率開關器件瞬態特性、瞬態換流拓撲及其雜散參數和基於器件特性的係統安全工作區； 第6~8章分彆論述瞭電磁瞬態過程的量測、主電路電磁脈衝及其序列和高性能閉環控製及其限製； 第9章闡述瞭瞬態電磁能量平衡控製策略基本原理與控製方法； 第10章主要介紹瞭電磁瞬態分析在典型電力電子係統中的應用。
本書可供從事電力電子領域工作，特彆是從事大容量電力電子係統研究、裝置開發和工程應用的專業人士參考，也可作為高等院校相關專業教師和研究生的參考教材。

目錄

第1章緒論
1.1電力電子係統解析
1.1.1功率半導體器件
1.1.2功率變換電路
1.1.3脈衝控製
1.2電力電子係統綜閤
1.2.1硬件與軟件的統一性
1.2.2能量與信息的互動性
1.2.3綫性與非綫性的轉換性
1.2.4離散與連續的混雜性
1.2.5多時間尺度的協調性
1.3電力電子係統應用
1.3.1柔性交直流輸電
1.3.2新能源並網發電中電力電子裝置
1.3.3電力牽引
1.4電力電子係統存在的問題
1.4.1對功率開關器件短時間尺度的電磁瞬態過程認識不清
1.4.2瞬態電能變換拓撲結構理想化
1.4.3信號脈衝與能量脈衝差異
1.4.4電磁瞬態過程不明確
第2章電磁瞬態過程及其建模
2.1電力電子係統中的電磁瞬態過程
2.1.1主功率迴路電磁瞬態過程
2.1.2驅動迴路電磁瞬態過程
2.1.3控製迴路電磁瞬態過程
2.2電磁瞬態過程數學模型
2.2.1電磁瞬態過程建模方法
2.2.2主電路電磁瞬態模型
2.2.3元器件電磁瞬態模型
2.2.4驅動電路和控製電路的電磁瞬態模型
2.3時間尺度的差異及其影響
2.3.1典型瞬態迴路時間尺度及比較
2.3.2不同時間常數迴路電磁變換關係
2.3.3時間常數差異帶來的影響
2.3.4電磁變換平衡下的迴路參數匹配
2.4電磁脈衝及脈衝序列
2.4.1電磁脈衝及脈衝序列數學描述
2.4.2脈衝及其序列傳輸和變異
2.4.3時間脈衝序列和脈衝邏輯組閤
第3章功率開關器件瞬態特性
3.1功率開關器件的物理機製和器件特性關係
3.1.1物理機製與典型器件特性的關係
3.1.2不同物理機製器件特性差異
3.2變換器中功率開關器件瞬態特性測試
3.2.1單個器件測試的拓撲與控製
3.2.2獨立測試平颱單個器件瞬態特性
3.2.3變換器中的單個器件瞬態特性
3.3變換器中功率開關器件瞬態特性分析
3.3.1運行中開關特性分析
3.3.2相互影響現象分析
3.4功率開關器件的並聯運行
3.4.1關鍵參數對並聯器件瞬態特性影響
3.4.2IGBT並聯特性分析
3.4.3IGBT並聯實驗研究
3.5功率開關器件的串聯運行
3.5.1器件串聯均壓的基本思路
3.5.2IGCT串聯
第4章瞬態換流拓撲及其雜散參數
4.1瞬態換流拓撲定義
4.1.1變換器拓撲定義
4.1.2變換器瞬態換流拓撲
4.2復雜主電路雜散參數提取方法
4.2.1提取方法對比
4.2.2PEEC準確性分析
4.2.3復雜結構的參數提取簡化處理
4.3基於模塊封裝IGBT的變換器主電路雜散參數分析
4.3.1雜散參數對變換器中IGBT特性影響
4.3.2IGBT變換器直流母排建模
4.4基於平闆壓裝IGCT的變換器主電路雜散參數分析
4.4.1IGCT三電平變換器主電路母排建模
4.4.2瞬態換流拓撲
4.5雜散參數影響量化分析及其優化
4.5.1模塊封裝IGBT變換器中的雜散參數影響評估
4.5.2模塊封裝IGBT變換器母排優化
4.5.3平闆壓裝IGCT變換器中的雜散參數影響評估
4.5.4平闆壓裝IGCT三電平變換器母排優化
第5章基於器件特性的係統安全工作區
5.1係統安全工作區的定義
5.1.1係統安全工作區的基本思想
5.1.2器件安全工作區與係統安全工作區的關係
5.2係統安全工作區的數學模型
5.2.1關鍵器件、拓撲和控製參數定義
5.2.2數學模型推導
5.2.3基於係統安全工作區設計樣例
5.3係統安全工作區的影響因素分析
5.3.1直流母排雜散參數影響
5.3.2控製參數影響
5.3.3外部參數影響
5.3.4溫度參數影響
5.3.5器件並聯特性影響
5.4基於係統安全工作區的評估與優化設計
5.4.1評估與優化設計流程
5.4.2係列化電力電子變換器設計中的應用
5.4.3基於係統安全工作區變換器評估與保護
第6章電磁瞬態過程的量測/觀測分析
6.1采樣係統的結構、組成和功能
6.2采樣係統中功率量和信號量的差異
6.3采樣延遲和誤差對控製性能的影響
6.3.1頻域分析
6.3.2時域分析
6.4抑製采樣延遲和誤差設計
6.4.1硬件設計
6.4.2軟件設計
6.4.3采樣係統優化設計的效果
第7章主電路電磁脈衝及其序列
7.1電力電子係統中各類脈衝及其序列的數學描述
7.1.1各類脈衝的區彆及演化過程
7.1.2能量脈衝數學描述
7.1.3信號脈衝數學描述
7.1.4能量脈衝序列數學描述
7.1.5信號脈衝序列數學描述
7.2脈衝形態變化的影響及解決方法
7.2.1死區影響及最小脈寬設計方法
7.2.2最小脈寬影響及解決方法
7.2.3離散誤差及其補償方法
7.3脈衝時序變化的影響及解決方法
7.3.1脈衝延遲對控製性能的影響
7.3.2脈衝延遲的補償方法
第8章高性能閉環控製及其限製
8.1閉環控製係統結構與限製
8.1.1閉環控製係統的結構
8.1.2傳統控製方法的限製
8.2控製策略造成的無效脈衝的影響及解決方法
8.2.1控製耦閤産生的無效脈衝
8.2.2控製器飽和産生的無效脈衝
8.2.3變換器特殊運行狀態中産生的無效脈衝
8.3短時間尺度主動控製方法
8.3.1主電路電磁脈衝的控製方法分類
8.3.2主電路電磁脈衝的主動控製方法
8.3.3主動控製方法的效果
8.3.4主動控製方法與主電路集成技術
8.3.5分布式主動控製方法的效果
第9章瞬態過程中的電磁能量平衡
9.1電磁能量平衡及建模
9.1.1瞬態電磁能量平衡關係
9.1.2基於瞬態能量平衡的控製建模
9.2基於瞬態能量平衡的控製
9.2.1傳統電壓控製策略性能分析
9.2.2基於瞬態能量平衡的控製策略
9.3背靠背變換器能量平衡控製
9.3.1雙PWM變頻器係統的能量平衡模型
9.3.2雙PWM變頻器母綫電容能量波動過程分析
9.3.3基於分步補償的能量平衡控製策略
9.3.4基於能量平衡控製策略的母綫電壓波動
最小化設計方法
9.4電磁能量平衡控製分析
9.4.1控製係統小信號模型
9.4.2係統穩定性分析
9.4.3係統動態性能分析
9.4.4係統穩態誤差分析
9.4.5仿真與實驗結果分析
第10章變換係統中電磁瞬態分析的應用
10.1高壓IGBT串聯變換器電磁瞬態分析
10.1.1適用於高壓IGBT串聯的瞬態機理模型
10.1.2串聯IGBT瞬態行為分析
10.1.3拖尾階段的瞬態特性
10.2基於SiC器件的高頻變換器
10.2.1開關瞬態過程分析與建模
10.2.2高頻變換器電磁瞬態過程分析
10.3結語
參考文獻

精彩書摘

第3章功率開關器件瞬態特性
功率開關器件是電力電子變換的基礎，功率開關器件隻有在電力電子係統應用中纔能真正體現其特性。從係統解析的角度看，功率開關器件是電力電子係統構成的主要要素之一，並與變換係統中的其他要素(如主電路拓撲和控製等)交叉耦閤在一起，共同決定瞭電力電子係統的電磁瞬態過程。從係統綜閤的角度看，功率開關器件是從軟件到硬件的關鍵執行元件，是信息能量互動的重要集結地，也是係統中非綫性現象最突齣的地方。所以，功率開關器件瞬態特性是電力電子係統瞬態過程中的關鍵環節，從功率開關器件本身來看，其內部物理機製和外部影響因素共同決定瞭它的電磁瞬態特性。
3.1功率開關器件的物理機製和器件特性關係
3.1功率開關器件的物理機製和器件特性關係
功率開關器件(power semiconductor devices)也稱電力半導體器件。根據IEEE的一般定義，電力電子技術是有效地使用電力半導體器件，應用電路和設計理論以及分析方法工具，實現對電能的高效變換和控製的一門技術。
在大容量電力電子技術應用中，功率半導體的地位更加突齣，它對裝置的可靠性、成本和性能起著十分重要的作用，目前功率開關器件的水平還遠不能滿足實際的需求。所以，如何掌握好功率開關器件的電磁瞬態特性、充分發揮器件的應用潛力，一直是研究熱點。圖3.1給齣瞭幾種典型的高壓大容量功率開關器件的電壓電流容量圖。由圖可見，功率開關器件的電量額定值是有限值的。
圖3.1幾種典型的高壓大容量功率開關器件額定電壓和電流
功率開關器件特性並無準確的定義，一般指的是功率開關器件在變換器應用中所錶現齣來的各種電氣、熱工和機械特性，包括器件的通態、阻態、開通、關斷、恢復、驅動、機械、熱特性等，體現為器件外在的、可測量的特性，而實際上這些特性是由器件內部的物理機製與器件外部因素之間的相互影響共同決定的。功率開關器件具體型號繁多，可以按照物理機製分成幾大類，每類器件的特性具有一定的相似性。
3.1.1物理機製與典型器件特性的關係
從器件的物理本質上講，功率開關器件與集成電路(IC)芯片非常類似，它們都由PN結、雙極型晶體管、MOS(金屬氧化物半導體)等結構構成，因此基本的半導體器件物理學理論可以適用於這兩個不同領域的器件。但是從器件的製作和應用角度講，兩類器件存在明顯的差異，功率開關器件應用中需要考慮大功率電路特性，如絕緣、大電流能力等。在實際應用中，以開關模式為運行特徵，一般不運行在放大狀態。功率開關器件應用在電力電子變換器中，實施的是電磁能量變換，而不是單純的數字信號邏輯，或者簡單的開/關狀態。因此，功率開關器件所固有的非理想特性在電力電子變換器中顯得非常重要。
1. 物理機製分類
對於功率開關器件來說，其物理機製與器件內部載流子性質和內部構造有密切關係。按照半導體器件中載流子的性質可以分為雙極型、單極型和混閤型，按照半導體器件中內部的簡化構造可以分成兩層一結的二極管、三層兩結的晶體管、四層三結的晶閘管等。
1) 雙極型器件
雙極型器件是指在器件內部電子和空穴兩種載流子都參與導電過程的半導體器件，都是基於PN結原理的結型半導體器件，也稱結型器件。但是結型場效應晶體管(JFET)等器件，其工作時器件內僅有多數載流子參與導電，屬於單極型器件。雙極型器件的通態壓降低、阻斷電壓高、電流容量大，開關頻率一般不高，適用於中大容量的變流裝置。常見的有BJT、GTO、GCT(IGCT中的門極換流晶閘管，不包括集成門極電路)等。
BJT是三層結構的雙極型器件，它具有控製方便、開關時間短、通態壓降低、高頻特性好等優點。由於存在二次擊穿的問題和耐壓難以提高的缺點，阻礙瞭它的進一步發展，因而在大容量電力電子係統使用較少。
GTO是四層結構的雙極型器件，是目前耐壓較高、電流容量較大的一種全控型器件。其派生形式較多，如逆阻型、逆導型、無反壓型、掩埋門極型、放大門極型以及MOS型等。這種器件的缺點是關斷增益較小，門極反嚮關斷時容量要求大； 為瞭限製dv/dt及關斷損耗，需設置專門的緩衝電路而會消耗一定的能量。但與傳統的晶閘管相比，GTO在體積、質量、效率、可靠性諸方麵有較明顯的優勢。GTO通過壽命控製技術摺中瞭導通電壓和關斷損耗之間的矛盾，它一方麵在許多高電壓大電流應用領域中取代瞭傳統的晶閘管，另一方麵又在一些稍低容量等級應用中逐漸被IGCT等器件取代。
2) 單極型器件
單極型器件是指器件內隻有一種載流子(即多數載流子)參與導電過程的功率開關器件。這類器件的開關頻率一般較高，耐壓為幾百伏的器件最高開關頻率可以達到幾十到幾百韆赫。典型器件代錶有功率MOSFET。
功率MOSFET為電壓控製器件，具有驅動功率小、開關速度高、無二次擊穿問題、安全工作區寬等顯著特點。這種器件還具有電流負溫度係數、良好的電流自動調節能力、良好的熱穩定性和較高的抗乾擾能力等優點。另外，由於導電機理和結構的特點，其電流容量和耐壓提高難度較大，通常用於中小功率、開關頻率較高的變流裝置中。
肖特基二極管和JEFT等器件工作時，其器件內部隻有多數載流子參與導電行為，屬於單極型器件。這類器件的開關頻率甚至可以達到兆赫，但是器件的容量非常有限，當寬禁帶材料用於該類材料時，器件的容量水平纔得到明顯提高。
3) 混閤型器件
混閤型器件也稱復閤型器件，由雙極型器件和單極型器件集成混閤而成。它們利用耐壓高、電流密度大、導通壓降低的雙極型器件(如SCR、GTO、BJT等)作為功率輸入輸齣通道，而利用輸入阻抗高、響應速度快的單極型器件MOS結構作為控製通道，因而兼備瞭兩者的優點。這類器件的典型代錶有IGBT和IEGT等，而IGCT等為通過芯片外部實現兩類器件混閤的器件。
IGBT由於其突齣的優良性能而得到越來越廣泛的應用。它具有大功率晶體管的導通壓降低、通流密度大等優點，又同時兼具MOSFET的開關頻率高、開關損耗低、控製方便等優點。因此，IGBT開關器件發熱少，驅動功率小，體積趨於更小。同時，IGBT的安全工作區寬，噪聲低，驅動保護十分容易，具有正電阻溫度係數的IGBT可以並聯運行。
IEGT是一種電子注入增強型絕緣柵極晶體管，其柵極具有改進構造，再加上精密設計的陰極結構，使它既能保持IGBT的優良關斷特性，又能在大電流情況下降低通態電壓。
IGCT是集成門極驅動電路和門極換流晶閘管(GCT)的總稱。其特性介於GTO與IGBT之間，具有功率大、耐壓高、開關頻率較高、驅動功率小等特點，適閤作為中高壓變換器開關器件。
隨著功率開關器件的不斷發展，新的材料、工藝和技術的采用，一些分類標準並不能很好體現電力半導體器件的區彆，因此也産生其他一些分類方法。比如，隨著寬禁帶材料的使用，基於SiC和GaN材料的器件正成為器件領域研究的熱點問題，此時可以按照材料特性對器件進行分類，如Si器件、SiC器件和GaN器件等。同樣，隨著器件在變換器中的安裝形式不同，根據器件的封裝進行分類，如壓接式器件、模塊器件等，一般的壓接器件的電流容量都較大。
在此選取幾種典型特性，如極限結溫、耐壓、過流等，來分析器件內部的物理機製。
2. 器件的極限結溫與半導體本徵溫度
功率開關器件的應用特性幾乎全都與溫度有關，在所有的器件手冊中都規定瞭極限工作結溫，這實際上與構成器件的半導體材料密切相關。在功率半導體分析中，控製摻雜半導體的載流子濃度非常關鍵。一般假設摻雜雜質都被電離，同時雜質載流子濃度遠大於本徵載流子濃度，這是控製半導體器件特性的基礎。實際上這些假設都與溫度存在一定的關係。
在器件機製分析中，經常假設半導體中的純載流子濃度|ND-NA|(ND一般為五價雜質濃度，也稱為施主雜質濃度； NA一般為三價雜質濃度，也稱為受主雜質濃度)比本徵載流子濃度ni大得多。而實際上，隨著半導體材料溫度的不斷升高，材料中矽的價電子能獲得的熱能不斷增加。本徵載流子濃度也在不斷增加。當增加到一定程度，上述假設不再滿足，此時矽半導體中的電子濃度不再近似等於|ND-NA|。圖3.2中，給齣瞭N型半導體中不同|ND-NA|值下，自由電子濃度隨溫度變化而變化的情況。
圖3.2電子濃度隨溫度變化而變化的情況
在很低的溫度條件下，電子被施主原子或空穴被受主原子所約束而沒有被電離，稱作載流子被凍結。雜質原子不能完全被電離，會很明顯地影響半導體中的載流子濃度。在圖3.3中完整地給齣瞭一個N型半導體從低溫到高溫時電子濃度的變化。在很寬的溫度範圍內，電子濃度與摻雜原子濃度相等，這個範圍被稱為工作區。在高溫條件下，本徵載流子濃度很快增加，最後超過摻雜原子濃度，該溫度點一般稱為本徵溫度。
當半導體溫度高於本徵溫度時，摻雜原子對載流子濃度不再有影響，該溫度對於半導體材料構成的器件非常重要，所以本徵溫度與半導體器件最高工作溫度有密切關係。另一方兩者又存在差異，這與功率開關器件的設計關係十分密切。比如功率開關器件為瞭提高耐壓，總是需要一個有很低摻雜濃度的區域，通常該區域對應的本徵溫度不等於器件最高工作溫度。一般來說，保證器件額定運行的最高溫度即為額定最高結溫。通過圖3.3看齣，矽器件的額定最高結溫一般為125~150℃，該溫度是由矽材料特性決定的。在寬禁帶材料構成的器件中，該溫度可以大大提高，這是寬禁帶器件優於矽基器件的特性之一。
圖3.3N型半導體電子濃度隨溫度變化示意圖
3. PN結的擊穿與穿通
幾乎所有功率開關器件的耐壓主要是由PN結承擔，器件在正、反嚮承壓時參與承壓的PN結可能不同。
由PN結的伏安特性可知： 在施加反嚮偏壓時，反嚮電流與反嚮偏壓無關而保持一很小的數值，即反嚮飽和電流(也稱為漏電流)。然而，在實際的反偏置PN結中，反嚮電流隨著反嚮電壓的增大而略有增長。當反嚮偏壓增大到某一數值時，反嚮電流驟然變大，如圖3.4的第三象限所示。
……

前言/序言

繼人們對電機過渡過程和電力係統暫態過程分析之後展開的對電力電子係統瞬態過程的分析，正改變著人們對電氣工程學科的看法，使之形成一種新的電氣工程學科自然觀，促進瞭一批電氣工程學科新思想、新理念、新方法和新技術的孕育和發展，並有可能從根本上影響現代電氣工程學科的動力學分析體係。
與電機和電力係統學科不同，電力電子學科從一開始就定義為交叉學科，包括功率半導體器件、功率變換電路以及對器件與電路的控製，同時需要考慮電磁場、熱力場、機械力場等多種物理場的融閤。特彆是全控型半導體開關器件的應用和脈衝調製技術的引進，它們將連續變化的電磁能量轉化為準離散型的、可控的電磁能量脈衝序列組閤，使得原來在電機學和電力係統暫態分析中采用的連續的大時間尺度電磁暫態過渡過程分析方法難以適用。它不僅帶來對脈衝型電磁瞬態過程分析方法的睏惑，更是帶來人們對電磁能量變換認識上的變更。從這個意義說，電力電子學科的發展是對整個電氣工程學科內涵的深化和外延的擴展。
電力電子係統由半導體開關器件、電子電路及控製等要素構成，盡管各要素特性不盡相同，但是從整個變換係統的角度來看，由於它們在係統中的有機結閤，從而形成瞭電力電子係統的有機統一。一般來說，電力電子係統具有硬件與軟件的統一性、能量與信息的互動性、綫性與非綫性的轉換性、離散與連續的混雜性以及多時間尺度的協調性等，正是這些獨有的綜閤特性體現齣瞭電力電子學科自身的學科屬性。與之相對應的電力電子技術則需要處理好在這些屬性條件下的電磁能量可控變換，涉及電磁能量變換瞬態過程及其平衡，需要處理好器件與裝置、控製與主電路、分布參數與集總參數等關係的問題。
電力電子變換理論和技術目前還處在一個基於功率半導體技術、電子電路技術以及控製技術的簡單閤成應用技術層麵，基本上還處於實驗科學的範疇，其自身理論體係還在持續發展過程之中。從係統集成、能量變換以及電磁瞬變的角度進行電力電子技術(特彆是針對大容量電力電子裝置與係統)的應用基礎理論研究應該是這種發展的主要方嚮。過去二十多年來，我們研究團隊先後在電機傳動控製、光伏並網發電、大容量多電平變換器研製，以及近年來的麵嚮能源互聯網的電能路由器、無綫電能傳輸等方麵進行瞭較深入的理論研究和工程應用，深刻感受到電磁瞬態過程是電力電子係統中的關鍵核心問題之一。正是基於這樣一個認識，結閤我們研究團隊多年來在電力電子係統領域的理論探索和技術實踐，我們撰寫瞭這本書，嘗試初探電力電子係統電磁瞬態過程的規律及其分析方法，進而起到拋磚引玉的作用。
本書共分為10章。第1章為緒論，從大容量電力電子係統入手，分彆從電力電子係統的解析和綜閤兩方麵來梳理和認識電力電子係統的結構和屬性，圍繞電力電子係統的核心問題——電磁能量變換瞬態換流平衡，闡述這種變換所具有的多時間尺度、準離散性和強非綫性等特點。在分彆敘述典型大容量電力電子應用係統的電磁瞬變特點之後，列舉瞭電力電子係統研究和應用中存在的相應睏惑和問題。第2章作為立論基礎，敘述瞭電力電子係統中不同換流迴路、不同變化時間尺度的電磁瞬態過程； 簡述瞭針對這些電磁瞬態過程的數學建模以及建模方法； 具體分析瞭各時間尺度的差異及其帶來的影響； 分析瞭各種電磁脈衝及其序列的數學描述和差異。第3章從功率半導體器件的內部物理機製和外部影響因素兩個方麵，分析瞭功率半導體器件在電力電子係統應用中錶現齣來的電磁瞬態特性。第4章論述瞭瞬態換流拓撲及其雜散參數，包括不同類型變換器中的雜散參數影響差異、雜散參數的提取方法以及如何設計降低雜散參數影響等問題。第5章在分析瞭器件特性和變換器各元素之間相互約束關係的基礎上，論述瞭電力電子係統安全工作區的概念，從係統的角度、能量變換的角度以及全時域電磁瞬態過程的角度來描述電力電子裝置的盡限應用和可靠性之間的矛盾。第6章描述瞭采樣係統的結構、組成和功能，論述瞭采樣係統中功率量和信號量之間的差異，分析瞭采樣延遲和誤差對控製性能的影響，並給齣瞭采樣係統的優化設計方法。第7章敘述瞭信號脈衝、驅動脈衝和功率脈衝之間的差異和互動關係，通過這些脈衝的比較，討論瞭電力電子係統中的信息與能量之間的互動關係。第8章從控製的角度來分析電力電子係統中的高性能閉環控製及其限製，討論瞭閉環控製的結構、傳統控製的特性及其限製，特彆分析瞭無效脈衝和異常脈衝産生的原因以及帶來的影響。第9章基於電力電子變換器中瞬態能量分布和流動規律，闡述瞬態電磁能量平衡控製策略的概念和基本原理； 演示基於瞬態電磁能量平衡的控製方法； 分析基於瞬態電磁能量平衡的控製方法的穩定性和魯棒性。第10章重點介紹電磁瞬態分析在高壓IGBT串聯動態均壓變換器和基於SiC高頻開關器件的功率放大器等變換係統中的應用。
本書總結瞭我們研究室十多年來在電力電子變換係統理論探討和技術實踐的研究成果。曾經在我們研究室學習和工作過的不少學者和同學為本書內容作齣瞭重要貢獻，他們是白華、張海濤、易榮、張穎超、張永昌、鍾玉林、鬍斯登、尹璐、鄒高域、賀凡波、陳凱楠、姬世奇、葛俊傑等，在此對他們錶示衷心感謝。同時在撰寫本書的過程中，還得到本研究室其他老師和同學們的大力幫助和校核，如孫曉瑛、翁幸、蔣燁、淩亞濤、魯思兆等，在此一並錶示感謝。另外，在撰寫該書時，我們參閱瞭大量的論著文獻，主要的已經列入瞭參考文獻中，在此對這些論著文獻的作者錶示衷心的感謝。
本書部分內容是在國傢自然科學基金重大項目“大容量電力電子混雜係統多時間尺度動力學錶徵與運行機製”(51490680、51490683)資助下完成的，如電力電子綜閤係統分析、電磁瞬態過程建模、信號脈衝與功率脈衝的比較、多時間尺度的比較和分析、基於能量平衡的控製方法等，在此深錶感謝。
本書可供從事電力電子技術，特彆是從事大容量電力電子係統研究、裝置開發和工程應用的專業人士參考，也可供高等院校相關專業的教師和研究生作為參考書籍。
由於作者水平有限，且電力電子係統電磁瞬態過程研究仍處在動態發展之中，我們在這方麵僅做瞭一些初步的工作，書中難免存在許多的不足，甚至是錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正。
趙爭鳴2017年3月於清華園

《現代電力係統叢書》係列圖書簡介 “現代電力係統叢書”旨在為電力工程領域的專業人士、研究人員以及高等院校師生提供一套係統、深入、前沿的專業知識讀物。該係列叢書涵蓋瞭當前電力係統發展中的關鍵技術、理論和應用，以期幫助讀者掌握電力係統運行、規劃、設計和創新的核心要素，迎接未來能源轉型的挑戰。 本叢書緊密圍繞“現代電力係統”這一核心概念展開，聚焦於以下幾個關鍵領域，並在此基礎上不斷拓展新的研究方嚮： 一、 電力係統運行與控製 電網穩定性與可靠性： 深入探討電力係統在擾動下的動態行為，包括暫態穩定性、小信號穩定性、電壓穩定性和頻率穩定性的分析方法與控製策略。介紹先進的穩定控製技術，如同步調相機、靜態同步補償器（STATCOM）、能量存儲係統（ESS）等在提升電網魯棒性方麵的應用。同時，關注係統故障分析、繼電保護的原理與實踐，以及災難恢復與韌性建設。 現代電網運行與調度： 剖析現代化電網運行模式，特彆是風電、光伏等間歇性可再生能源並網後對調度帶來的新挑戰。介紹實時調度、經濟調度、安全經濟調度等傳統調度理論及其在復雜電力係統中的優化應用。重點關注新能源發電預測、儲能優化調度、需求側響應（DSR）等關鍵技術，以及基於大數據和人工智能的智能調度係統。 電力係統狀態估計與監測： 闡述電力係統狀態估計的原理、算法與實際應用，包括卡爾曼濾波、加權最小二乘法等。介紹狀態監測、故障檢測與診斷（FDD）技術，以及智能傳感器網絡在全麵提升電網可見性與態勢感知能力方麵的作用。 二、 電力係統規劃與設計 電力係統規劃理論與方法： 覆蓋瞭電力係統長期、中期和短期規劃的各個環節。詳細介紹負荷預測、電源選址與容量配置、輸配電網網架結構優化、可靠性指標評估等核心內容。關注麵嚮高比例可再生能源接入的規劃技術，以及與社會經濟發展、環境保護相協調的綜閤規劃理念。 配電網規劃與設計： 聚焦於配電網的現代化升級，包括配電自動化、配電網規劃優化、故障定位與隔離、分布式電源（DG）接入對配電網的影響及應對策略。深入探討低壓配電網的規劃與運行問題，以及微電網的設計與並離網運行控製。 輸電網規劃與建設： 涵蓋瞭特高壓輸電技術、直流輸電（HVDC）與柔性直流輸電（LCC-HVDC, VSC-HVDC）的應用與發展，以及輸電網的擴建與升級策略，以滿足遠距離、大容量電力傳輸的需求，並解決跨區域電力互濟問題。 三、 新型電力技術與應用 可再生能源並網技術： 深入研究太陽能光伏、風力發電等新能源並網的關鍵技術問題，包括接入標準、功率控製、電能質量問題、以及與傳統電網的協調配閤。關注先進的變流器技術、控製策略和並網設備在提升新能源發電性能和可靠性方麵的作用。 儲能技術在電力係統中的應用： 詳細介紹各類儲能技術（如抽水蓄能、鋰離子電池儲能、飛輪儲能、氫儲能等）的原理、特性、經濟性分析以及在電力係統中的多種應用模式，包括調峰調頻、備用電源、平滑新能源齣力、電能質量改善等。 電動汽車與充電基礎設施： 探討電動汽車（EV）作為移動儲能單元（V2G）與電網的互動，以及智能充電、有序充電、充電站規劃與布局等關鍵技術。分析EV接入對電網負荷特性的影響，並提齣相應的應對策略。 智慧電網技術： 整閤瞭通信、信息、控製、傳感等先進技術，構建以信息物理係統（CPS）為基礎的智慧電網。介紹智能電錶、先進量測基礎設施（AMI）、電力通信網絡、數據分析與挖掘、以及用戶互動平颱等智慧電網關鍵組成部分。 電力電子技術及其在電力係統中的應用（非瞬態過程）： （此處特彆強調，本係列叢書不包含電力電子係統電磁瞬態過程的詳盡分析，而是側重於其在係統層麵的應用和影響。）本係列叢書將從係統角度探討電力電子變換器（如AC-DC, DC-AC, DC-DC變換器）在電能質量控製、電壓/頻率調節、有功/無功功率控製、分布式電源接入、柔性交流輸電係統（FACTS）等方麵的作用。重點關注其在提升係統性能、靈活性和效率方麵的宏觀應用，而非其內部的電磁暫態響應機理。 四、 電力市場與經濟性 電力市場運行機製： 介紹不同類型的電力市場（批發市場、零售市場、輔助服務市場等）的構成、運行規則與交易模式。分析市場價格形成機製、風險管理與套利策略。 電力係統經濟性分析： 關注電力項目投資決策、運行成本計算、資産評估與價值最大化。探討容量市場、可靠性服務市場等新興市場機製的經濟內涵。 “現代電力係統叢書”係列圖書注重理論與實踐相結閤，內容涵蓋瞭基礎理論、先進技術、工程實踐和前沿研究。我們希望通過這一係列的齣版，能夠為推動中國乃至全球電力係統的可持續發展貢獻力量，為建設安全、可靠、高效、綠色的未來能源體係提供堅實的知識支撐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，遠超我的預期。《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》不僅僅是一本技術書籍，它更像是開啓瞭我認識電力電子係統的一個全新維度。我一直對電力電子係統的效率和可靠性非常關注，而這本書恰恰從最根本的層麵——電磁瞬態過程——來剖析這些問題。作者在書中詳細講解瞭電磁瞬態過程是如何導緻功率損耗的，以及這些損耗如何纍積並影響係統的整體效率。我尤其喜歡書中關於“動態性能”的章節。它不僅僅關注穩態運行，更深入分析瞭係統在動態擾動下的響應特性，包括開關瞬態、負載變化瞬態以及故障瞬態。這些分析對於設計具有高動態響應和高穩定性的電力電子係統至關重要。書中還對不同電力電子拓撲結構在瞬態過程中的行為進行瞭細緻的比較分析，例如，在麵對相同的瞬態擾動時，不同拓撲結構所錶現齣的魯棒性和恢復能力。這為我在選擇和優化拓撲結構時提供瞭重要的參考依據。總的來說，這本書讓我明白瞭，理解電磁瞬態過程是掌握電力電子係統精髓的關鍵，也為我今後的研究和工程實踐指明瞭方嚮。

評分☆☆☆☆☆

《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，如同一個寶藏，每次翻閱都能發現新的驚喜。我原本以為自己對電力電子係統有一定的瞭解，但在閱讀本書之後，我意識到之前隻是“管中窺豹”。這本書從一個更為基礎但又至關重要的角度——電磁瞬態過程——來重新審視電力電子係統。作者對電磁場理論的引入，以及如何將其應用於分析電力電子器件和電路的瞬態行為，是我之前從未深入接觸過的。書中對瞬態電磁場的産生、傳播和耦閤的描述，讓我對電磁兼容性（EMC）有瞭更深刻的理解。我特彆欣賞書中對不同耦閤機製，如傳導耦閤、輻射耦閤和感應耦閤的詳細分析，以及如何通過相應的防護措施來減弱這些耦閤。這對於我當前正在進行的高密度電力電子模塊設計工作，具有極高的指導意義。書中還對一些常見的瞬態現象，如浪湧、尖峰、振蕩等，進行瞭深入的機理分析，並提供瞭相應的抑製和吸收方法。這些方法不僅有理論依據，更有實際工程應用的指導意義。總而言之，這本書不僅提升瞭我對電力電子係統瞬態過程的理論認識，更重要的是，它為我提供瞭解決實際工程問題的強大工具和方法論。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，剛拿到《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書時，我並沒有抱有多大的期望，畢竟這類專業書籍往往晦澀難懂，理論性過強。然而，這本書卻徹底顛覆瞭我的看法。它的語言風格相對平實易懂，雖然涉及到大量的專業術語和復雜的數學模型，但作者總是能夠用清晰的邏輯和形象的比喻來解釋這些概念，讓我這個非該領域頂尖專傢也能輕鬆理解。我特彆欣賞書中對瞬態過程的“可視化”描述。通過大量的波形圖、頻譜圖和場分布圖，我仿佛能夠親眼目睹電磁能量在電路中的流動和變化，以及瞬態現象對係統性能的影響。例如，在分析高頻開關過程中産生的過電壓和過電流時，書中提供的仿真波形圖，直觀地展現瞭這些瞬態過載對元器件壽命和係統穩定性的潛在威脅。此外，本書在案例分析方麵也做得非常齣色。它不僅涵蓋瞭常見的電力電子應用，如電機驅動、不間斷電源（UPS），還涉及瞭一些前沿領域，如新能源發電並網、電動汽車充電樁等。每一個案例都分析得非常透徹，從問題發生的原因，到解決方案的設計，再到實際效果的驗證，都進行瞭詳細的闡述。這本書讓我明白瞭，理解瞬態過程不僅僅是為瞭避免故障，更是為瞭優化設計，提升性能，推動技術創新。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書給我帶來瞭前所未有的學習體驗。在此之前，我對電力電子係統的瞬態過程的認識，更多地停留在課本上的基礎公式和簡單電路分析。這本書則將我帶入瞭一個更為宏大和復雜的世界。它從一個全新的視角，審視瞭電力電子設備在不同運行模式下，尤其是快速開關過程中所産生的電磁瞬態現象。書中對電磁兼容性（EMC）的論述尤其令我印象深刻。作者詳細分析瞭瞬態電磁乾擾（EMI）的産生源、傳播路徑和耦閤機製，並提供瞭一係列有效的防護措施，包括濾波、屏蔽、接地等。這些內容對於正在進行産品研發的我來說，具有極高的實用價值。書中對不同類型電力電子拓撲結構，如逆變器、變流器、開關電源等，在瞬態過程中的錶現進行瞭詳細的比較分析，這有助於我更清晰地認識到不同拓撲結構的優缺點，並在實際設計中做齣更明智的選擇。而且，書中提供的設計指南和設計技巧，更是我手中的“寶典”，能夠指導我如何優化設計，減少瞬態損耗，提高係統效率和可靠性。閱讀過程中，我反復思考書中的每一個公式、每一個圖示，試圖將其與我日常工作中遇到的問題聯係起來。這本書不僅僅是一本技術手冊，更像是一位經驗豐富的導師，在默默地引導著我前進。

評分☆☆☆☆☆

我必須為《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書點贊！它不僅僅是一本學術著作，更是一本實用的工程手冊。我之前在工作中遇到過不少因為電磁瞬態問題導緻的係統故障，但始終找不到根本的解決方案。這本書則係統地闡述瞭電磁瞬態過程的成因、機理和影響，並提供瞭詳盡的分析方法和設計策略。我特彆欣賞書中關於“寄生參數”的章節。作者詳細解釋瞭電感、電容和電阻等寄生參數是如何在電力電子電路中形成的，以及它們在瞬態過程中如何引起不希望齣現的電磁效應，例如振蕩、過壓和過流。書中還提供瞭如何通過閤理的布局、屏蔽和濾波來減小寄生參數影響的設計技巧。這對於我正在進行的PCB設計工作，提供瞭寶貴的指導。此外，書中對不同類型的電磁瞬態現象，如共模乾擾、差模乾擾、瞬態電壓下降（TVD）等，進行瞭詳細的分析，並給齣瞭相應的抑製方法。這些內容對我理解和解決實際工程中的電磁兼容性（EMC）問題非常有幫助。總的來說，這本書是一本不可多得的寶貴資源，它不僅提升瞭我對電力電子係統瞬態過程的理論認識，更重要的是，它為我提供瞭解決實際工程問題的有效方法。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，對我來說是一次徹頭徹尾的“知識啓濛”。我之前對電力電子係統的理解，很大程度上是停留在“黑箱”模型，隻知道輸入輸齣關係，卻不清楚內部的具體運行機製。這本書則像一把鑰匙，為我打開瞭理解電力電子係統內在運行規律的大門。作者從電磁場的角度齣發，深入剖析瞭電力電子器件在開關過程中所産生的瞬態電磁效應，以及這些效應如何影響係統的整體性能。我尤其喜歡書中對“電磁兼容性（EMC）”的係統性論述。它不僅僅停留在現象的描述，而是深入分析瞭電磁乾擾（EMI）的産生機理、傳播路徑和耦閤方式，並提供瞭有效的防護設計策略。這對於我正在開發的高性能開關電源産品，具有極其重要的參考價值。書中還對不同類型的電磁瞬態現象，如感應尖峰、振蕩以及電磁脈衝（EMP）等，進行瞭詳盡的機理分析，並提供瞭相應的抑製和防護措施。這些內容讓我明白瞭，要想設計齣穩定可靠的電力電子係統，就必須深入理解和控製電磁瞬態過程。總而言之，這本書極大地拓展瞭我的視野，讓我對電力電子係統有瞭更為深刻和全麵的認識，也為我未來的工作提供瞭寶貴的理論指導。

評分☆☆☆☆☆

我必須強調，《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，真的讓我收獲良多。它從一個全新的視角，探討瞭電力電子係統的核心問題——電磁瞬態過程。我之前對電力電子係統的理解，很大程度上是被動接受的，總覺得很多現象是“理所當然”的。而這本書，則鼓勵我主動去探究“為什麼”。作者並沒有簡單地羅列公式，而是循循善誘，引導我一步步理解電磁瞬態過程的本質。它從最基本的電磁理論齣發，結閤現代電力電子器件的特性，詳細闡述瞭寄生參數、開關瞬態、電磁乾擾等關鍵因素是如何影響係統性能的。我尤其喜歡書中關於“係統級”瞬態分析的章節。它不再局限於孤立的元器件，而是將整個電力電子係統作為一個整體來看待，分析不同子係統之間的相互影響，以及這些影響如何體現在瞬態過程中。這種宏觀的視角，對於理解復雜電力係統的整體穩定性和可靠性至關重要。書中還對一些非綫性瞬態現象進行瞭深入探討，比如飽和磁芯在高頻開關下的行為，以及電容漏電對直流電壓穩定性的影響。這些細節的處理，往往是決定係統成敗的關鍵。總而言之，這本書極大地拓展瞭我的知識邊界，讓我對電力電子係統有瞭全新的認識，也為我今後的工作提供瞭寶貴的理論指導。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！我一直對電力電子係統在電磁瞬態過程方麵的研究很感興趣，但總覺得市麵上要麼過於理論化，要麼就是案例分析不夠深入。而《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，則完美地填補瞭這一空白。它不僅在理論闡述上做瞭詳盡的講解，例如關於電磁感應、電容充放電、寄生參數的影響等方麵，都給齣瞭清晰的數學模型和物理意義的解釋，讓我對這些基本概念有瞭更深刻的理解。更令人驚喜的是，書中還引入瞭大量的實際工程案例，從高壓直流輸電的換相衝擊，到電力電子變壓器中的電磁乾擾，再到電機驅動係統中開關損耗引起的瞬態現象，每一個案例都分析得鞭闢入裏。作者並沒有止步於現象的描述，而是深入剖析瞭瞬態過程的産生機理，並提齣瞭相應的抑製和控製方法。我尤其喜歡其中關於諧波傳播和阻尼控製的章節，這對於理解復雜電網的穩定性至關重要。書中大量的仿真結果圖和實測數據，也進一步增強瞭理論的實踐性。我常常在閱讀理論部分時，會立刻翻到對應的案例分析，將抽象的概念具象化，這種學習體驗非常高效。總的來說，這是一本兼具理論深度和實踐廣度的佳作，對於電力電子領域的工程師、研究人員以及高年級學生來說，都具有極高的參考價值。它不僅解答瞭我長久以來的一些睏惑，更激發瞭我對未來電力電子技術發展方嚮的思考。

評分☆☆☆☆☆

這是一本讓我感到“醍醐灌頂”的書！《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，以其深入淺齣的講解方式，將原本復雜晦澀的電磁瞬態過程變得清晰明瞭。我一直對電力電子係統的功率損耗感到睏擾，尤其是開關損耗和導通損耗。這本書在這方麵提供瞭非常詳細的分析。作者不僅給齣瞭計算這些損耗的精確公式，更重要的是，解釋瞭這些損耗是如何在瞬態過程中産生的，以及如何通過優化開關波形、選擇閤適的器件和設計閤理的驅動電路來減小損耗。書中的案例分析，例如關於寬禁帶半導體器件（如SiC、GaN）在高頻開關應用中的瞬態特性，更是讓我看到瞭未來電力電子技術的發展方嚮。通過對這些案例的學習，我明白瞭如何根據具體的應用需求，選擇最閤適的器件和拓撲結構，從而實現係統的最優設計。此外，本書對電磁兼容性（EMC）的論述也十分到位。它詳細講解瞭電磁乾擾（EMI）的産生機理，以及如何通過濾波器設計、布局優化和屏蔽技術來抑製EMI。這些內容對於確保電力電子設備在復雜電磁環境下的正常運行至關重要。總的來說，這本書為我提供瞭一個全新的思考框架，讓我能夠更全麵、更深入地理解和解決電力電子係統中的各種瞬態問題。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《電力電子係統電磁瞬態過程/現代電力係統叢書》這本書，就像是進行瞭一場深入的思維探險。我之前對電力電子係統的理解，很大程度上是被動接受的，總覺得很多現象是“自然而然”發生的。而這本書，則鼓勵我主動去探究“為什麼”。作者並沒有簡單地羅列公式，而是循循善誘，引導我一步步理解電磁瞬態過程的本質。它從最基本的電磁理論齣發，結閤現代電力電子器件的特性，詳細闡述瞭寄生參數、開關瞬態、電磁乾擾等關鍵因素是如何影響係統性能的。我尤其喜歡書中關於“係統級”瞬態分析的章節。它不再局限於孤立的元器件，而是將整個電力電子係統作為一個整體來看待，分析不同子係統之間的相互影響，以及這些影響如何體現在瞬態過程中。這種宏觀的視角，對於理解復雜電力係統的整體穩定性和可靠性至關重要。書中還對一些非綫性瞬態現象進行瞭深入探討，比如飽和磁芯在高頻開關下的行為，以及電容漏電對直流電壓穩定性的影響。這些細節的處理，往往是決定係統成敗的關鍵。總而言之，這本書極大地拓展瞭我的知識邊界，讓我對電力電子係統有瞭全新的認識，也為我今後的工作提供瞭寶貴的理論指導。