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第1章 绪论1

1.1电力电子系统解析1

1.1.1功率半导体器件2

1.1.2功率变换电路5

1.1.3脉冲控制6

1.2电力电子系统综合9

1.2.1硬件与软件的统一性9

1.2.2能量与信息的互动性10

1.2.3线性与非线性的转换性12

1.2.4离散与连续的混杂性13

1.2.5多时间尺度的协调性14

1.3电力电子系统应用16

1.3.1柔性交直流输电16

1.3.2新能源并网发电中电力电子装置20

1.3.3电力牵引23

1.4电力电子系统存在的问题24

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25

1.4.2瞬态电能变换拓扑结构理想化26

1.4.3信号脉冲与能量脉冲差异28

1.4.4电磁瞬态过程不明确28

第2章 电磁瞬态过程及其建模30

2.1电力电子系统中的电磁瞬态过程30

2.1.1主功率回路电磁瞬态过程31

2.1.2驱动回路电磁瞬态过程36

2.1.3控制回路电磁瞬态过程39

2.2电磁瞬态过程数学模型43

2.2.1电磁瞬态过程建模方法43

2.2.2主电路电磁瞬态模型48

2.2.3元器件电磁瞬态模型49

2.2.4驱动电路和控制电路的电磁瞬态模型54

2.3时间尺度的差异及其影响55

2.3.1典型瞬态回路时间尺度及比较56

2.3.2不同时间常数回路电磁变换关系62

2.3.3时间常数差异带来的影响66

2.3.4电磁变换平衡下的回路参数匹配68

2.4电磁脉冲及脉冲序列71

2.4.1电磁脉冲及脉冲序列数学描述71

2.4.2脉冲及其序列传输和变异74

2.4.3时间脉冲序列和脉冲逻辑组合76

第3章 功率开关器件瞬态特性83

3.1功率开关器件的物理机制和器件特性关系83

3.1.1物理机制与典型器件特性的关系84

3.1.2不同物理机制器件特性差异91

3.2变换器中功率开关器件瞬态特性测试94

3.2.1单个器件测试的拓扑与控制94

3.2.2独立测试平台单个器件瞬态特性98

3.2.3变换器中的单个器件瞬态特性100

3.3变换器中功率开关器件瞬态特性分析106

3.3.1运行中开关特性分析106

3.3.2相互影响现象分析108

3.4功率开关器件的并联运行112

3.4.1关键参数对并联器件瞬态特性影响113

3.4.2 IGBT并联特性分析116

3.4.3 IGBT并联实验研究119

3.5功率开关器件的串联运行124

3.5.1器件串联均压的基本思路124

3.5.2 IGCT串联127

第4章 瞬态换流拓扑及其杂散参数132

4.1瞬态换流拓扑定义132

4.1.1变换器拓扑定义132

4.1.2变换器瞬态换流拓扑136

4.2复杂主电路杂散参数提取方法140

4.2.1提取方法对比140

4.2.2 PEEC准确性分析142

4.2.3复杂结构的参数提取简化处理145

4.3基于模块封装IGBT的变换器主电路杂散参数分析147

4.3.1杂散参数对变换器中IGBT特性影响147

4.3.2 IGBT变换器直流母排建模151

4.4基于平板压装IGCT的变换器主电路杂散参数分析155

4.4.1 IGCT三电平变换器主电路母排建模155

4.4.2瞬态换流拓扑157

4.5杂散参数影响量化分析及其优化162

4.5.1模块封装IGBT变换器中的杂散参数影响评估162

4.5.2模块封装IGBT变换器母排优化164

4.5.3平板压装IGCT变换器中的杂散参数影响评估168

4.5.4平板压装IGCT三电平变换器母排优化172

第5章 基于器件特性的系统安全工作区181

5.1系统安全工作区的定义181

5.1.1系统安全工作区的基本思想181

5.1.2器件安全工作区与系统安全工作区的关系183

5.2系统安全工作区的数学模型187

5.2.1关键器件、拓扑和控制参数定义187

5.2.2数学模型推导189

5.2.3基于系统安全工作区设计样例196

5.3系统安全工作区的影响因素分析198

5.3.1直流母排杂散参数影响199

5.3.2控制参数影响200

5.3.3外部参数影响202

5.3.4温度参数影响203

5.3.5器件并联特性影响204

5.4基于系统安全工作区的评估与优化设计206

5.4.1评估与优化设计流程206

5.4.2系列化电力电子变换器设计中的应用209

5.4.3基于系统安全工作区变换器评估与保护217

第6章 电磁瞬态过程的量测/观测分析225

6.1采样系统的结构、组成和功能226

6.2采样系统中功率量和信号量的差异229

6.3采样延迟和误差对控制性能的影响231

6.3.1频域分析233

6.3.2时域分析245

6.4抑制采样延迟和误差设计253

6.4.1硬件设计253

6.4.2软件设计254

6.4.3采样系统优化设计的效果257

第7章 主电路电磁脉冲及其序列260

7.1电力电子系统中各类脉冲及其序列的数学描述260

7.1.1各类脉冲的区别及演化过程260

7.1.2能量脉冲数学描述261

7.1.3信号脉冲数学描述263

7.1.4能量脉冲序列数学描述263

7.1.5信号脉冲序列数学描述264

7.2脉冲形态变化的影响及解决方法264

7.2.1死区影响及最小脉宽设计方法264

7.2.2最小脉宽影响及解决方法277

7.2.3离散误差及其补偿方法291

7.3脉冲时序变化的影响及解决方法296

7.3.1脉冲延迟对控制性能的影响296

7.3.2脉冲延迟的补偿方法302

第8章 高性能闭环控制及其限制306

8.1闭环控制系统结构与限制306

8.1.1闭环控制系统的结构306

8.1.2传统控制方法的限制307

8.2控制策略造成的无效脉冲的影响及解决方法309

8.2.1控制耦合产生的无效脉冲309

8.2.2控制器饱和产生的无效脉冲316

8.2.3变换器特殊运行状态中产生的无效脉冲318

8.3短时间尺度主动控制方法324

8.3.1主电路电磁脉冲的控制方法分类324

8.3.2主电路电磁脉冲的主动控制方法326

8.3.3主动控制方法的效果330

8.3.4主动控制方法与主电路集成技术333

8.3.5分布式主动控制方法的效果337

第9章 瞬态过程中的电磁能量平衡342

9.1电磁能量平衡及建模343

9.1.1瞬态电磁能量平衡关系343

9.1.2基于瞬态能量平衡的控制建模344

9.2基于瞬态能量平衡的控制345

9.2.1传统电压控制策略性能分析345

9.2.2基于瞬态能量平衡的控制策略348

9.3背靠背变换器能量平衡控制350

9.3.1双PWM变频器系统的能量平衡模型351

9.3.2双PWM变频器母线电容能量波动过程分析354

9.3.3基于分步补偿的能量平衡控制策略356

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360

9.4电磁能量平衡控制分析366

9.4.1控制系统小信号模型366

9.4.2系统稳定性分析369

9.4.3系统动态性能分析371

9.4.4系统稳态误差分析373

9.4.5仿真与实验结果分析374

第10章 变换系统中电磁瞬态分析的应用381

10.1高压IGBT串联变换器电磁瞬态分析381

10.1.1适用于高压IGBT串联的瞬态机理模型381

10.1.2串联IGBT瞬态行为分析386

10.1.3拖尾阶段的瞬态特性392

10.2基于SiC器件的高频变换器398

10.2.1开关瞬态过程分析与建模398

10.2.2高频变换器电磁瞬态过程分析408

10.3结语418

参考文献420