內容簡介

　　《電力電子變換器的建模和控製》內容立足於電力電子、控製係統和信號處理的學科交叉，覆蓋部分工業電子領域。《電力電子變換器的建模和控製》分為兩部分：1）電力電子變換器建模，涵蓋電力電子變換器建模的主要主題，包括開關模型、典型和通用平均模型及降階模型；2）電力電子變換器控製，探討電力電子變換器控製方法，涵蓋綫性和非綫性控製方法。書中關於每個問題都將理論和實踐相結閤，並給齣直觀的案例。書中案例研究問題源於工程實際，並給齣完整的求解過程。《電力電子變換器的建模和控製》應用MATLAB®- Simulink ®軟件，給齣瞭必要的仿真和注解，以便讀者深刻理解控製結構運行的要點。

　　《電力電子變換器的建模和控製》可作為電力電子領域碩士研究生教材使用，也可供從事電力電子技術領域研究工作的研究者和專業人士參考。

作者簡介

　　Seddik Bacha是法國格勒諾布爾約瑟夫•傅裏葉大學的教授，並且積極地在格勒諾布爾電氣工程實驗室（G2Elab）的電力係統課題組開展研究。他在2001～2012年間擔任課題組組長。自1990年以來，他研究和教學的領域是電力電子結構的建模和非綫性控製，取得不同程度的進展之後，現階段他的研究重點為電力電子控製、可再生能源並網和電網能量優化[電動汽車入網技術（V2G）、智能傢居等]。他在格勒諾布爾約瑟夫•傅裏葉大學和格勒諾布爾理工學院教授的課程中，“電力電子結構”是本科生課程，“電力電子係統建模”和“電力電子係統控製”是電氣工程研究生課程。除瞭擔任科研項目負責人之外，Bacha教授作為閤作者擁有3項專利，參加瞭17本書部分章節的編寫，發錶瞭200多篇期刊論文和高水平國際會議論文。

　　Iulian Munteanu在1996年於羅馬尼亞多瑙河下遊大學取得瞭應用電子學士學位，在1997年於法國勒阿弗爾大學取得瞭儀器測量與控製碩士學位，在2006年於羅馬尼亞多瑙河下遊大學取得瞭自動化控製博士學位。從1998年到2011年，他在多瑙河下遊大學電子和通信係工作。從2000年開始，在法國格勒諾布爾電氣工程實驗室，以Daniel Roye和Seddik Bacha作為導師，他進行瞭博士和博士後的研究，主要方嚮為用於可再生能源轉換的電力電子係統。這期間他作為閤著者編寫瞭2本書，獲得瞭1項專利，參加瞭1本書部分章節的編寫，發錶瞭7份研究報告以及40多篇期刊論文和高水平國際會議論文。現階段，Iulian Munteanu 作為博士後研究員在法國格勒諾布爾圖像、語音、信號與自動化控製實驗室（GIPSA-lab）的控製係統課題組工作。他的研究方嚮為電力電子變換器控製以及可再生能源轉換係統控製。

　　Antoneta Iuliana Bratcu在1996年於羅馬尼亞多瑙河下遊大學取得瞭電氣工程碩士學位，在2001年於法國弗朗什-孔泰大學取得瞭自動化控製與計算機工程博士學位。在1995～2011年，她在多瑙河下遊大學工作。2002～2005年，她分彆在法國特魯瓦技術大學和聖太田國立高等礦業學校完成瞭兩項博士後研究。在2007年12月至2009年12月，她作為格勒諾布爾電氣工程實驗室的博士後研究員在Seddik Bacha教授領導的課題組工作。她作為閤著者編寫瞭3本書，獲得瞭1項專利，發錶瞭5份研究報告以及60多篇期刊論文和高水平國際會議論文。現階段她是格勒諾布爾理工學院的副教授，並且與GIPSA-lab展開閤作。她的研究方嚮為用於能量轉換係統的連續和斷續優化控製。

目錄

目錄

譯者序

原書序一

原書序二

原書前言

第1章簡介1

1.1電力係統中電力電子變換器的功能和目標1

1.2電力電子變換器建模、仿真和控製需求分析2

1.3本書內容的涉及範圍和結構3

參考文獻3

第一部分電力電子變換器建模

第2章電力電子變換器建模簡介5

2.1模型5

2.1.1什麼是模型5

2.1.2建模的範圍5

2.2模型的類型6

2.2.1開關模型8

2.2.2采樣數據模型9

2.2.3平均模型10

2.2.4大信號和小信號模型10

2.2.5行為模型13

2.2.6示例14

2.3模型應用16

2.3.1各種模型之間的聯係16

2.3.2建模和控製之間的聯係16

2.3.3模型的其他可能用途16

2.4本章小結18

參考文獻18

第3章開關模型19

3.1數學建模19

3.1.1通用數學框架19

3.1.2雙綫性形式21

3.2建模方法21

3.2.1基本假定：狀態變量21

3.2.2通用算法22

3.2.3示例23

3.3案例研究：三相電壓源型整流器29

3.4本章小結36

思考題36

參考文獻41

第4章經典平均模型42

4.1本章簡介42

4.2定義和基礎知識43

4.2.1滑動平均43

4.2.2狀態變量平均44

4.2.3開關周期平均44

4.2.4電力電子電路平均化完整過程44

4.3平均方法45

4.3.1圖形法45

4.3.2解析法46

4.4平均化誤差分析47

4.4.1精確采樣數據模型47

4.4.2精確采樣模型和精確平均模型之間的聯係49

4.5小信號平均模型51

4.5.1連續小信號平均模型51

4.5.2采樣數據小信號模型52

4.5.3示例52

4.6案例研究：buck-boost變換器54

4.7平均模型的優點和局限性63

思考題63

參考文獻75

第5章通用平均模型77

5.1本章簡介77

5.2原理78

5.2.1基礎知識78

5.2.2與一階分量模型的聯係79

5.2.3與經典平均模型的聯係80

5.3示例80

5.3.1狀態變量實例81

5.3.2無源電路實例81

5.3.3耦閤電路實例81

5.3.4開關函數83

5.4平均方法84

5.4.1解析法84

5.4.2圖形法85

5.5通用平均模型和實際波形之間的聯係86

5.5.1從通用平均模型中提取時變信號86

5.5.2從時變信號中提取通用平均模型87

5.6采用通用平均模型錶示交流變量中有功和無功分量89

5.7案例研究92

5.7.1感應加熱電流源型逆變器92

5.7.2串聯諧振變換器96

5.7.3通用平均模型的局限性：示例98

5.7.4PWM變換器100

5.8本章小結110

思考題110

附錄115

參考文獻116

第6章降階平均模型118

6.1本章簡介118

6.2原理119

6.3通用方法120

6.3.1交流變量示例：感應加熱電流源型逆變器121

6.3.2斷續導通模式示例：buck-boost變換器124

6.4案例研究127

6.4.1晶閘管控製電抗器建模127

6.4.2DC-DCboost變換器工作在斷續導通模式129

6.5本章小結134

思考題134

參考文獻138

第二部分電力電子變換器控製

第7章電力電子變換器通用控製理論140

7.1電力電子變換器控製目標140

7.2電力電子變換器特殊的控製問題142

7.3不同控製方法144

7.4本章小結145

參考文獻146

第8章DC-DC功率變換器綫性控製方法147

8.1綫性化平均模型，控製目標和相關的設計方法147

8.2直接輸齣控製148

8.2.1假設和算法設計148

8.2.2buck-boost變換器示例150

8.3間接輸齣控製：雙環級聯控製結構153

8.3.1假設和算法設計154

8.3.2雙嚮DC-DC變換器示例157

8.3.3帶有非最小相位行為的DC-DC變換器雙環級聯控製結構160

8.4通過極點配置調整係統動態的變換器控製方法164

8.4.1假設和算法設計164

8.4.2buck變換器示例167

8.5數字控製問題169

8.5.1數字控製方法設計169

8.5.2光伏應用中boostDC-DC變換器獲取數字控製律示例171

8.6案例研究173

8.6.1用超前－滯後控製實現的boost變換器輸齣電壓直接控製173

8.6.2通過極點配置實現的boost變換器輸齣電壓直接控製177

8.7本章小結182

思考題183

參考文獻188

第9章DC-AC和AC-DC功率變換器綫性控製方法190

9.1背景190

9.2鏇轉dq坐標下控製方法191

9.2.1單相並網逆變器示例195

9.3諧振控製器199

9.3.1諧振控製的必要性199

9.3.2比例諧振控製的基礎200

9.3.3設計方法204

9.3.4具體實現時的若乾問題209

9.3.5復閤

前言/序言

　　原書前言

　　現代電力電子學開啓瞭電能處理的新時代。在這種背景下，對於正常運行的電力係統，電力電子控製係統已經成為不可或缺的。在過去的幾十年，控製係統理論和信號處理技術在電力電子領域中成為瞭技術創新的前沿。隨著這個趨勢，《電力電子變換器的建模和控製》將控製係統理論應用於電力電子領域，可供從事電力係統領域研究工作的在校學生和專業人士參考。《電力電子變換器的建模和控製》為讀者提供瞭工具，可以獲取多種類型開關變換器的不同模型和控製結構（直流和交流電路）。這些主題不僅涵蓋綫性控製技術（該技術源於20世紀80年代，普遍采用比例積分控製器），而且還涵蓋瞭現代非綫性連續或變結構控製。

　　《電力電子變換器的建模和控製》來源於SeddikBacha教授1994年來為法國格勒諾布爾理工學院和約瑟夫•傅裏葉大學電氣工程碩士和本科生開設的課程——“電力電子拓撲的建模和控製”。法國格勒諾布爾電氣工程實驗室在開關變換器和可再生能源轉換控製方麵的研究工作也豐富瞭本書的內容和案例研究。本書的編寫得到法國國立高等工藝學校前校長Jean-PaulHautier教授的支持鼓勵。

　　《電力電子變換器的建模和控製》的編寫方式與主要內容相呼應，立足於電力電子、控製係統和信號處理的學科交叉，覆蓋部分工業電子領域。本書編寫時假設讀者具備上述學科的基本知識。在書中，每個問題都有理論和實踐的方法，並且給齣直觀的案例。案例研究問題源於實際，並給齣最完整的解決途徑。本書給齣瞭必要的仿真和注解，以便讀者深刻理解開關變換器控製結構閉環運行的要點。

　　為瞭便於電力工程師和控製工程師理解，本書做瞭許多努力，包括豐富的參考書目以提供成熟領域的綜閤信息、關鍵術語的歸並、完備的案例研究以及統一的錶述符號和風格。

　　《電力電子變換器的建模和控製》作者IulianMunteanu博士和AntonetaIulianaBratcu博士，在羅馬尼亞多瑙河下遊大學EmilCeangǎ教授處的求學和共同的工作經曆對於本書的論述影響重大。我們感謝EmilCeangǎ教授提供的寶貴建議，這些建議對於本書許多控製方法的教學演示頗具啓發意義。感謝西班牙塞維利亞大學的LeopoldoGarcíaFranquelo教授對我們工作的評價和對本書的認可。還要感謝法國格勒諾布爾理工學院的Jean-PierreRognon教授為提高本書的質量提供的有益意見和建議。

　　SeddikBacha

　　IulianMunteanu

　　AntonetaIulianaBratcu

　　法國格勒諾布爾

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