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出版者:Morgan & Claypool

作者:Lai, Jih-sheng/ Hudgins, Jerry (EDT)

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:0.00 元

裝幀:Pap

isbn號碼:9781598292749

叢書系列:

圖書標籤:

• 電力電子
• 有源前端
• 三相
• 功率變換
• 電能質量
• 控製係統
• 電機驅動
• 諧波抑製
• 新能源
• 電力係統

深入理解現代電力電子技術的核心：下一代電能變換與控製策略 本書簡介 本書旨在為電力電子、電機驅動和智能電網領域的專業人士、高級研究人員以及研究生提供一本全麵、深入且極具實踐指導意義的參考書。本書聚焦於當前電力電子係統設計與控製領域麵臨的關鍵挑戰，特彆是圍繞高性能開關電源拓撲、先進控製算法以及係統級集成與優化這三大核心支柱展開論述。 電力電子技術正處於一個快速發展的十字路口，其應用範圍從傳統的工業驅動到新興的電動汽車、可再生能源並網以及數據中心的高效供電係統，都對電能變換的效率、動態響應速度和可靠性提齣瞭前所未有的要求。本書不局限於對現有成熟技術的簡單復述，而是深入探討瞭下一代係統所需的理論基礎、新型器件的應用潛力以及前沿的控製策略。 第一部分：高性能開關電源拓撲的革新與優化 本部分首先係統性地梳理瞭用於高功率密度和高效率要求的關鍵直流/交流（DC/AC）及直流/直流（DC/DC）變換器的最新進展。 1.1 模塊化多電平變換器（MMC）的深入分析與拓展應用： 重點分析瞭MMC在串聯級聯電壓源型逆變器（MLI）中的結構優勢、拓撲演化路徑，特彆是如何通過優化子模塊的開關模式和環流抑製策略來提升整體性能。書中詳盡闡述瞭基於級聯H橋（CHB）、飛跨電容（Flying Capacitor）和中點箝位（NPC）結構在不同應用場景下的適用性比較，並引入瞭混閤型MMC結構，以兼顧開關頻率與輸齣諧波的權衡。我們著重討論瞭MMC在高壓直流輸電（HVDC）係統中的詳細建模與動態特性分析，包括故障穿越能力和直流側故障的快速隔離機製。 1.2 零序電流與共模抑製技術在三相係統中的作用： 針對三相隔離和非隔離變換器中日益受到關注的共模（CM）噪聲問題，本書詳細介紹瞭開關模式選擇如何直接影響共模電壓的幅值和頻譜。我們提供瞭係統的分析框架，用於評估不同調製策略（如SVPWM、DTPWM）對共模噪聲的影響，並提齣瞭一係列基於開關時序的共模抑製技術，這些技術無需增加額外的硬件濾波元件，即可顯著降低EMI/EMC問題。 1.3 寬禁帶半導體器件的集成應用與挑戰： SiC（碳化矽）和GaN（氮化鎵）器件的引入是提升功率密度和效率的關鍵。本書不僅僅停留在器件特性的羅列，而是深入探討瞭這些高頻、高 dv/dt 器件在實際應用中帶來的設計挑戰，包括柵極驅動迴路的優化、熱管理策略的創新，以及如何利用其高速開關特性來設計低開關損耗的新型PWM技術，例如混閤諧振軟開關技術。 第二部分：先進控製理論與係統級動態性能提升 本部分是全書的核心，它將理論控製方法與實際係統的動態性能需求緊密結閤。 2.1 基於非綫性模型的魯棒控製方法： 傳統的綫性控製（如PI控製）在係統參數變化或工作點偏移較大時性能急劇下降。本書重點介紹瞭滑模控製（SMC）、滑模觀測器（SMO）在應對係統不確定性和外部擾動方麵的強大能力。詳細推導瞭SMC在平均電流模式控製、虛擬阻抗控製等場景下的設計步驟，並著重討論瞭如何通過低通濾波或高頻注入來抑製滑模控製的固有抖振現象。 2.2 模型預測控製（MPC）在電能變換中的前沿應用： MPC因其固有的約束處理能力和前瞻性控製特性，在現代電力電子中占據重要地位。我們從基本控製集選擇、性能指標函數（Cost Function）的構建入手，係統分析瞭MPC在無源濾波器諧振抑製、輸齣電壓穩態誤差的消除以及對電網動態事件的快速響應等方麵的應用實例。書中特彆對比瞭基於扇區（Sector-based）和基於無差彆的（Nondistinct）MPC在計算復雜度和控製精度上的差異。 2.3 環路集成與同步控製策略： 在多迴路控製係統中，內環（如電流環）與外環（如電壓或速度環）之間的交互耦閤是性能優化的難點。本書提齣瞭一種分層控製結構，並詳細論述瞭如何利用觀測器（如卡爾曼濾波器、Luenberger觀測器）來準確估計係統內部狀態量（如中點電壓平衡誤差、虛擬阻抗上的電壓降），從而實現更精確的內環解耦和係統整體的快速穩定。 第三部分：可靠性、保護與集成化設計 本部分關注係統從實驗室走嚮工業應用的關鍵環節：可靠性與集成化。 3.1 預測性維護與狀態監測（PHM）： 現代電力電子係統必須具備自我診斷和預測能力。本書介紹瞭幾種基於電流、電壓諧波特徵分析的故障診斷方法，例如通過分析開關波形中的特定特徵頻率偏移來預警IGBT/MOSFET的退化。此外，還探討瞭如何利用有限時間觀測器（FTO）來實現對開關器件結溫的實時、非侵入式估計。 3.2 保護與故障穿越機製的精細化設計： 麵對電網故障或內部短路，快速而正確的保護反應至關重要。書中詳細剖析瞭過流保護（OCP）和過壓保護（OVP）的延遲時間優化，並針對電壓源型逆變器（VSI）在電網側阻抗發生變化時的動態穩定性裕度進行瞭量化分析。 3.3 磁性元件的優化設計與集成： 磁性元件（電感、變壓器）是限製功率密度和效率的主要瓶頸之一。本書提供瞭一套多目標優化設計流程，用於同時最小化磁芯損耗、繞組損耗，並優化元件的體積。討論瞭集成磁性元件（IME）的技術，展示瞭如何通過3D磁場仿真與結構集成來進一步減小係統尺寸。 總結 本書內容覆蓋瞭從器件級到係統級的最新研究成果和工程實踐，強調瞭理論分析與仿真驗證的緊密結閤。通過對高級控製理論的深入剖析和對前沿拓撲的係統性探討，讀者將能夠掌握設計和實現下一代高可靠性、高效率、高功率密度電能變換係統的核心能力。本書的深度和廣度使其成為電力電子領域不可或缺的專業參考資料。

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