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第1章 电力系统的基本特性和运行要求1

1.1 电力系统的形成和发展1

1.2 电力系统的功率、功率损耗和电压损耗3

1.2.1 输电系统中的功率3

1.2.2 电力系统中的功率损耗8

1.2.3 电力系统中的电压损耗9

1.3 同步发电机的功角特性、运行稳定性和极限输电功率10

1.3.1 发电机的功角特性10

1.3.2 发电机运行稳定性和极限输电功率13

1.4 电力系统功率-电压特性18

1.4.1 负载的无功功率-电压特性18

1.4.2 线路电阻R≠0时输电系统的功率-电压特性20

1.4.3 线路电阻R＝0时输电系统的功率-电压特性24

1.5 电力系统潮流和潮流控制26

1.6 电力系统的特点、运行问题和基本要求26

1.7 柔性电力系统的基本概念30

1.7.1 柔性交流输电系统和配电系统30

1.7.2 柔性发电及储能33

1.7.3 负荷柔性用电及电能质量控制34

第2章 半导体开关型电力电子变换36

2.1 实现电力变换和补偿控制的两类技术36

2.2 电力电子开关器件40

2.3 电力电子开关电路的基本类型45

2.4 电压变换基本开关电路46

2.4.1 直流降压（Buck）电路46

2.4.2 直流升压（Boost）电路46

2.4.3 交流-交流晶闸管相控电压变换电路47

2.5 三相桥晶闸管相控整流和有源逆变电路47

2.5.1 三相桥相控整流电路工作原理47

2.5.2 三相桥有源逆变电路工作原理55

2.6 交流-交流直接变频电路58

2.7 全控型开关管单相（H）桥脉宽调制（PWM）逆变和整流电路60

2.7.1 单相（H）桥逆变电路脉宽调制（PWM）基本原理60

2.7.2 单相（H）桥逆变电路正弦脉宽调制（SPWM）61

2.7.3 单相（H）桥SPWM整流68

2.8 双电压源三相交流系统不同坐标系电压平衡方程69

2.8.1 三相静止ABC坐标系电压平衡方程69

2.8.2 两相旋标d、q坐标系和两相静止α、β坐标系的电压平衡方程70

2.8.3 不同坐标系的功率方程76

2.8.4 d、q坐标系和α、β坐标系的特点77

2.9 全控型开关管三相桥脉宽调制逆变和整流电路78

2.9.1 三相桥逆变和整流正弦脉宽调制（SPWM）工作原理和控制系统78

2.9.2 三相桥逆变和整流电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）工作原理和控制系统88

2.10 电压源型和电流源型逆变、整流电路的对比98

2.11 实现高压、大功率电力电子变换和补偿控制的技术途径99

第3章 发电、配电和储能系统中的电力电子技术115

3.1 同步发电机的直流励磁115

3.1.1 同步发电机励磁系统的功能115

3.1.2 同步发电机励磁系统的基本类型和电路结构117

3.2 变速恒频抽水储能电机和水力发电机交流励磁系统122

3.3 风力发电系统结构、类型和运行原理125

3.3.1 风力发电概况125

3.3.2 风力发电系统的结构126

3.3.3 风力发电机组的功率调节127

3.3.4 恒速恒频风力发电系统129

3.3.5 变速恒频风力发电系统129

3.4 并网运行的变速恒频双馈异步发电机工作原理和控制系统134

3.4.1 变速恒频双馈发电机在d、q坐标系的数学模型134

3.4.2 变速恒频双馈异步发电机稳态运行时定子、转子功率流向137

3.4.3 并网双馈异步发电机转子侧变流器按定子磁链定向的矢量控制系统138

3.4.4 并网双馈异步发电机定子侧变流器按电网电压定向的矢量控制系统142

3.5 太阳能光伏发电144

3.5.1 太阳能光伏发电概况144

3.5.2 太阳能光伏电池146

3.5.3 光伏发电系统148

3.5.4 光伏发电最大功率跟踪控制153

3.6 配电系统固态断路器和限流器155

3.6.1 机械-电子混合式断路器155

3.6.2 直流电路故障限流器157

3.6.3 交流电路故障限流器158

3.7 储能系统中的电力电子变换器162

3.7.1 储能系统的功能和类型162

3.7.2 超导储能系统163

3.7.3 电池储能系统173

第4章 高压直流（HVDC）输电系统178

4.1 直流输电系统结构和优缺点178

4.1.1 直流输电系统的结构178

4.1.2 直流输电系统的优缺点181

4.2 高压直流输电系统中的相控整流和有源逆变电路特性184

4.2.1 三相桥式6脉波相控整流和有源逆变184

4.2.2 两个相差30°的三相桥串联成两重化12脉波相控整流和有源逆变186

4.2.3 三个相差20°的三相桥串联成三重化18脉波相控整流和有源逆变188

4.2.4 四个相差15°的三相桥串联成四重化24脉波相控整流和有源逆变192

4.3 直流输电系统等效电路195

4.4 直流输电系统的基本控制原理和运行特性199

4.4.1 直流输电系统的等效直流电源和等效负载特性199

4.4.2 基本控制原理和运行限制200

4.4.3 整流器、逆变器的定电流控制和定关断角控制203

4.4.4 整流器和逆变器联合协调控制205

4.5 采用全控型开关器件电压源型变换器的轻型直流输电系统207

第5章 电力系统并联补偿控制210

5.1 电力系统并联补偿器的类型和功能210

5.1.1 并联补偿器的类型210

5.1.2 并联无功补偿的功能210

5.2 晶闸管控制阻抗型静止无功补偿器（SVC）214

5.2.1 晶闸管投、切并联电容器（TSC）214

5.2.2 晶闸管相控并联电抗器（TCR）217

5.2.3 FSC、TCR投切、触发控制基本原理223

5.2.4 静止无功补偿器SVC控制策略225

5.3 晶闸管控制制动电阻TCBR228

5.4 电压源变流器型静止同步无功功率补偿器（STATCOM）229

5.4.1 电压源变流器型静止同步无功功率补偿器（STATCOM）工作原理230

5.4.2 高压大容量静止同步无功补偿器（STATCOM）主电路结构233

5.4.3 STATCOM在d、q坐标系下的数学模型238

5.4.4 STATCOM的控制策略和控制系统244

5.5 STATCOM与晶闸管控制阻抗型静止无功补偿器SVC的比较250

5.5.1 无功功率特性的比较251

5.5.2 对提高输电系统稳定性能力的比较251

5.5.3 其他方面的比较255

5.6 负荷三相不平衡补偿控制256

5.7 并联型无源电力滤波器258

5.7.1 并联型无源电力滤波器的类型258

5.7.2 并联型无源LC滤波器基本特性259

5.8 并联型有源电力滤波器264

5.8.1 并联型有源电力滤波器基本工作原理264

5.8.2 谐波电流ih和无功电流i1Q的检测265

5.8.3 控制系统框图266

5.8.4 并联型有源电力滤波器的主电路结构267

5.8.5 无源和有源电力滤波器的组合使用268

第6章 电力系统串联补偿控制271

6.1 串联补偿的类型和基本功能271

6.1.1 串联补偿的类型271

6.1.2 串联电容补偿的基本功能271

6.2 晶闸管控制阻抗型串联补偿器275

6.2.1 门极可关断（GTO）晶闸管控制串联电容器（GCSC）275

6.2.2 晶闸管投、切串联电容补偿器（TSSC）279

6.2.3 晶闸管控制串联电容补偿器（TCSC）281

6.2.4 次同步谐振284

6.2.5 GCSC、TSSC、TCSC基本的运行控制方案285

6.3 开关变流器型静止同步串联补偿器（SCCC）287

6.3.1 静止同步串联补偿器基本原理288

6.3.2 传输功率与传输角的函数关系289

6.3.3 控制范围与额定容量292

6.3.4 提供有功补偿的能力293

6.3.5 抑制次同步谐振297

6.3.6 静止同步串联无功补偿器的内部控制和外部控制297

6.3.7 动态电压恢复器（DVR）301

6.4 开关变流器型与可控阻抗型串联补偿装置的对比302

6.5 晶闸管控制的电压与相角调节器（TCVR，TCPAR）303

6.5.1 电压与相角调节器的基本原理303

6.5.2 采用相角调节器的潮流控制305

6.5.3 相角调节器改进暂态稳定性能307

6.5.4 相角调节器抑制系统振荡308

6.5.5 功能要求的总结309

6.5.6 晶闸管控制的电压与相角调节器的电路结构309

6.6 开关变流器型电压和相角调节器314

6.7 复合型相角调节器315

第7章 柔性电力系统综合补偿控制316

7.1 柔性交流输电系统（FACTS）控制器简介316

7.2 统一潮流控制器（UPFC）319

7.2.1 基本工作原理319

7.2.2 常规的传输控制能力320

7.2.3 有功和无功潮流的独立控制326

7.2.4 UPFC与串联补偿器和相角调节器的对比328

7.2.5 控制系统结构335

7.2.6 调节P、Q潮流的基本控制系统338

7.3 带有相移变压器的复合UPFC装置341

7.4 线间潮流控制器（IPFC）344

7.5 线间潮流控制器（IPFC）与UPFC组合运行346

7.6 统一（综合）电能质量控制器（UPQC）348

7.6.1 UPQC的电路结构和功能348

7.6.2 UPQC的控制策略350

7.7 柔性电力系统广域信息监测、通信和协调控制350

7.7.1 广域信息监测、通信和控制系统结构350

7.7.2 同步采样、同步相量形成和信息传输351

7.7.3 柔性电力系统广域信息监测、通信和控制功能353

柔性电力系统中电力电子装备和系统汇总表357

参考文献359