Power Electronic Control in Electrical Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Newnes

作者:Enrique Acha

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2002-1-22

价格:USD 155.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780750651264

丛书系列:

图书标签:

• 电气工程：电力电子
• 电气工程：电力系统
• 电气工程：FACTS
• 电气工程
• 电力电子
• 电力系统
• 控制理论
• 电机驱动
• 可再生能源
• 电力变换
• 微网
• 电能质量
• 优化控制
• 智能电网

现代电力电子系统中的先进控制策略与应用 本书旨在深入探讨现代电力电子系统在实现高效、可靠和智能运行方面所依赖的核心控制技术。我们着眼于超越传统开关模式控制的基本原理，聚焦于那些能够应对当前电网复杂性、可再生能源深度并网以及电动汽车快速发展等挑战的前沿控制方法。全书内容结构严谨，理论推导详实，同时结合大量工程实例，力求为读者提供一套全面的理论框架和实用的设计指南。 第一部分：电力电子系统建模与基础控制重构 本部分将为后续高级主题打下坚实的基础，重点在于精确的系统辨识和对传统控制方法的批判性审视。 第一章：非线性系统的状态空间建模与简化 电力电子系统，尤其是在宽禁带半导体器件（如SiC和GaN）驱动下工作的高频开关网络，本质上是高度非线性的。本章首先从基本物理定律出发，建立详细的电路级状态空间模型。我们将重点讨论如何处理开关动作带来的不连续性，并引入平均状态空间模型（Average State-Space Modeling），用于低频下的系统分析和控制器设计。 随后，章节深入探讨了模型降阶技术。在高阶模型中，寄生参数和高频动态往往会掩盖核心的动态特性。我们将介绍基于多时间尺度分析（Multiple Time-Scale Analysis）和奇异摄动理论（Singular Perturbation Theory）的降阶方法，以便在保证控制精度的前提下，简化控制器设计的计算复杂度。此外，针对混合模式（如双有源桥DC/DC变换器）的特殊性，我们将采用混合动力系统（Hybrid Dynamical Systems）的视角进行建模，为后续的模式切换控制奠定基础。 第二章：经典控制器的局限性与频率响应分析 虽然比例-积分（PI）控制器因其简单易实现而被广泛应用，但本章将剖析其在面对强耦合、时变参数以及高带宽要求时的固有缺陷。我们将采用根轨迹法、波特图和尼奎斯特稳定性判据，对常见的电压源和电流源变换器进行系统性的频率响应分析。 重点在于理解控制环路增益（Loop Gain）的设计。我们详细分析了相位裕度（Phase Margin）和增益裕度（Gain Margin）与系统瞬态响应之间的精确关系。针对脉冲宽度调制器（PWM）和平均电流模式控制（Average Current Mode Control）的内在耦合特性，我们提出了解耦补偿技术，通过频率解耦策略来提升系统的鲁棒性，特别是在输入/输出阻抗变化剧烈的场景下。 第二部分：先进的反馈与观测技术 本部分聚焦于如何利用先进的数学工具来增强系统的观测能力和反馈的有效性，以应对扰动和不确定性。 第三章：基于观测器的状态估计 在许多电力电子应用中，某些关键状态变量（如交流侧的电流或直流侧的电压纹波）无法直接通过传感器精确测量，或测量成本过高。本章详细介绍了状态观测器（State Observers）的设计与实现。 我们首先复习了卡尔曼滤波（Kalman Filtering），并将其应用于带有随机噪声的系统状态估计，特别是针对新能源并网逆变器中电网电压不确定性的处理。随后，重点转向滑模观测器（Sliding Mode Observers, SMO），分析其在处理强非线性负载和快速动态过程中的鲁棒性。本章提供了详细的观测器增益选择指南，并讨论了如何通过集成低通滤波器来抑制高频开关噪声对观测结果的影响。 第四章：LMI与$mathcal{H}_{infty}$控制理论在鲁棒设计中的应用 为了设计出对器件参数漂移和外部负载变化具有强大鲁棒性的控制器，本章引入了基于线性矩阵不等式（LMI）的$mathcal{H}_{infty}$控制方法。 我们将系统模型转换为标准的“奇异摄动”或“广义系统”形式，并利用LMI求解器来设计一个具有特定性能指标（如最小化外部扰动到输出的加权传递函数范数）的控制器。详细阐述了加权函数（Weighting Functions）的选择策略，这是$mathcal{H}_{infty}$控制器性能和带宽的关键。通过具体的LMI求解过程示例，读者可以掌握如何将抽象的鲁棒性要求转化为可计算的控制器参数。 第五章：模型预测控制（MPC）的动态优化 模型预测控制（MPC）因其能够直接在有限时间范围内优化性能指标、同时处理系统约束（如电压和电流限制）的能力，正成为电力电子领域的热点。本章详细阐述了基于梯度的在线优化（Gradient-based Online Optimization）在实时MPC实现中的应用。 我们将线性化（LMPC）和非线性（NMPC）的MPC框架进行对比。针对快速开关频率，我们重点研究了有限控制集MPC（Finite Control Set MPC, FCS-MPC）的原理，并提出了降低其高计算需求的多步预测（Multi-step Prediction）策略。讨论了如何通过精确的系统模型和高效的求解算法，将MPC的实时执行频率提升至kHz级别。 第三部分：面向电网接入与功能扩展的控制 本部分关注电力电子系统如何与复杂的现代电网环境进行交互，以及如何实现更高级的功能，如电能质量的优化和系统的自适应能力。 第六章：并网逆变器的虚拟同步发电机（VSG）控制 随着可再生能源的普及，并网逆变器需要从传统的电流源角色转变为具有惯性和阻尼特性的电源。本章深入研究虚拟同步发电机（VSG）控制的机制。 我们将VSG的机械运动方程与电力电子系统的等效模型相结合，分析了虚拟惯性（Virtual Inertia）和虚拟阻尼（Virtual Damping）对系统稳定性的影响。重点讨论了VSG控制中下垂控制（Droop Control）的设计，以及如何利用先进的滤波器技术（如自适应陷波滤波器）来抑制由VSG控制引入的低频振荡模式。 第七章：自适应与基于学习的控制方法 为了应对电网参数的持续变化（如电抗器老化、系统拓扑变化），本章引入了自适应控制（Adaptive Control）技术。 我们将介绍基于梯度下降的参数估计方法，用于实时辨识系统中的未知增益或时延。在此基础上，我们探讨了自适应鲁棒控制（Adaptive Robust Control, ARC）的设计流程，该方法能够在参数未知的保守估计下，保证由系统不确定性带来的误差被有界控制。此外，本章初步引入了强化学习（Reinforcement Learning, RL）在电力电子中的应用潜力，特别是在复杂非线性负载下的最优策略探索。 第八章：电能质量（PQ）的精确控制与无功功率管理 本章聚焦于电能质量的核心问题：谐波抑制、电压支撑和无功功率补偿。我们将详细分析谐波电流的注入机理，并提出基于频率解耦的谐波消除策略。 重点讨论了有源电力滤波器（APF）的控制。通过设计一个独立的、具有高带宽的谐波电流控制环路，并与主功率环路进行协调，我们实现了对参考波形的高精度跟踪。此外，章节还涵盖了基于先进控制的动态无功功率补偿，例如利用虚拟阻抗的概念，精确控制逆变器在不同功率因数下的运行，以满足电网对电压稳定性的要求。 结论：面向未来电网的集成化控制架构 全书最后总结了现代电力电子控制从单一环路优化向多域、多目标集成化控制发展的趋势。未来的挑战在于如何在一个统一的控制框架内，有效地平衡效率、动态响应速度、鲁棒性和网络安全需求。本书提供的工具和分析方法，旨在帮助工程师和研究人员驾驭这一复杂而关键的领域。

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《Power Electronic Control in Electrical Systems》在电力系统中的功率补偿和电能质量改善方面，给我留下了深刻的印象。我之前对动态电压恢复器（DVR）和统一功率质量调节器（UPQC）等装置的理解一直比较片面，但这本书的讲解让我对其工作原理、拓扑结构以及控制策略有了更全面的认识。作者详细分析了这些装置如何在电网电压波动、谐波干扰等情况下，通过注入额外的电压或电流来补偿电网的功率因数、抑制谐波，从而提高电能质量。我尤其欣赏书中对这些装置在不同电网故障场景下的响应分析，以及作者提出的各种控制算法，例如基于瞬时无功功率理论（pq理论）的控制，以及基于模型预测的控制方法。书中还讨论了这些装置的系统集成、并网控制以及安全保护等重要问题。更重要的是，作者结合了大量的实际应用案例，展示了这些功率补偿装置在工业供电、新能源并网等场景下的应用效果，这让我对这些技术的实际价值有了更深刻的理解。这本书为我理解和研究现代电力系统中的电能质量问题，提供了坚实的理论基础和丰富的实践经验。

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这本书真是让我大开眼界，尤其是关于逆变器控制策略的部分。作者深入浅出地讲解了各种调制技术，例如SPWM、空间矢量脉宽调制（SVPWM），并且详细分析了它们在不同应用场景下的优缺点。我之前一直对 SVPWM 的实现原理有些模糊，但通过书中丰富的图示和公式推导，我终于弄懂了它的精髓。更让我惊喜的是，作者还探讨了基于模型预测控制（MPC）的先进控制方法，这在传统PID控制之外，提供了一种更具前瞻性和适应性的解决方案。书中对 MPC 的权重调整、约束处理等关键环节进行了细致的阐述，并给出了仿真实例，这对于我正在进行的一项项目非常有指导意义。虽然书中涉及的数学理论不少，但作者的写作风格非常严谨且逻辑清晰，即使是初学者也能逐步跟上。尤其是作者在讲解数学模型时，并没有遗漏重要的推导步骤，而是循序渐进地引导读者理解。此外，书中还对各种控制器的设计参数如何影响系统的动态响应和稳态性能做了深入的分析，这让我在优化设计时有了更明确的方向。这本书不仅仅是理论的堆砌，更多的是实际应用层面的指导，它帮助我建立了一个更加系统和深入的理解框架，对于我未来在电力电子控制领域的研究和工作，无疑是一笔宝贵的财富。

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对于我这样对电机驱动控制领域充满兴趣的研究者来说，这本书提供了无与伦比的见解。它在交流电机控制，尤其是感应电机和永磁同步电机（PMSM）的矢量控制方面，简直是宝藏。我一直对磁场定向控制（FOC）的原理感到好奇，而这本书的讲解让我豁然开朗。作者非常细致地阐述了如何通过坐标变换（如Clarke、Park变换）将三相交流量转化为同步旋转坐标系下的直流量，从而实现对电机转矩和磁链的独立控制。书中对各种控制算法，包括PI控制器、PID控制器，以及更先进的自适应控制和鲁棒控制策略，都进行了深入的分析和比较。我特别喜欢作者在讲解控制结构时，所配的清晰的框图和流程图，这极大地简化了复杂的控制逻辑。此外，书中还详细探讨了编码器反馈和无传感器控制技术，这对于我正在进行的无传感器PMSM控制项目提供了非常有价值的参考。作者还讨论了电机模型不精确、参数变化以及外部扰动等因素对控制性能的影响，并提供了相应的应对策略。本书的深度和广度，让我在电机驱动控制的道路上，又向前迈进了一大步。

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我必须说，这本《Power Electronic Control in Electrical Systems》在直流-直流变换器（DC-DC converters）的拓扑结构和控制方面，给我带来了极大的启发。作者从最基本的 Buck、Boost、Buck-Boost 等拓扑讲起，逐步深入到更复杂的 SEPIC、Cuk、Flyback 等拓扑，并对它们的能量转换原理、电压增益特性以及电流应力进行了详尽的分析。我特别欣赏的是，书中并没有仅仅停留在理论层面，而是花了大量篇幅来讨论这些变换器在实际应用中的关键挑战，比如开关损耗、传导损耗、电磁干扰（EMI）以及热管理等问题。作者给出的解决方案，例如采用软开关技术（如ZVS、ZCS）来降低损耗，以及设计合理的滤波器来抑制EMI，都非常具有实践价值。更令我印象深刻的是，书中对各种控制环路的设计进行了细致的讲解，包括电压环和电流环的设计，以及它们之间的耦合关系。作者通过对不同控制策略的比较，例如电压模式控制、电流模式控制（OCP），以及更先进的数字控制方法，帮助我理解了如何根据不同的应用需求选择最合适的控制方案。书中提供的许多案例研究，都来源于实际工程项目，这让我能够更直观地感受到理论知识在实践中的应用。

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这本书在设计和优化电力电子系统中的滤波器和散热器方面，给了我非常实用的指导。我之前在进行电力电子设备设计时，往往只关注核心的功率变换部分，而容易忽视滤波器和散热器这些关键的辅助设计。本书在这方面提供了非常详尽的分析，它不仅讲解了滤波器的各种拓扑结构（例如LC滤波器、EMI滤波器）及其设计准则，还详细讨论了如何根据电网谐波、开关噪声等要求来选择合适的滤波器参数，以达到最佳的滤波效果。更令我惊喜的是，书中还深入探讨了散热器的设计原理和选型方法，包括传导散热、对流散热和辐射散热等方式，以及如何通过热阻计算和CFD仿真来优化散热器的设计，以确保电力电子器件在安全的工作温度范围内运行。作者还提供了许多实用的设计公式和图表，帮助工程师能够快速而准确地完成滤波和散热设计。书中对不同应用场景下（如工业驱动、新能源变流器）的滤波器和散热器设计考虑进行了对比分析，这让我能够根据具体需求进行更有针对性的设计。这本书为我提升了电力电子设备整体的可靠性和性能。

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02年的老书了，不过讲得还是很清楚的。对于了解FACTS设备在系统中的作用很有帮助，特别是第三章和第四章系统地讲解了电力系统中输电线路的特点以及FACTS设备对输电线路的补偿方式，第九章给出了各种典型的FACTS设备在PSCAD中的仿真模型及控制框图。适用于高年级本科生以及研究电力系统暂态的研究生。

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02年的老书了，不过讲得还是很清楚的。对于了解FACTS设备在系统中的作用很有帮助，特别是第三章和第四章系统地讲解了电力系统中输电线路的特点以及FACTS设备对输电线路的补偿方式，第九章给出了各种典型的FACTS设备在PSCAD中的仿真模型及控制框图。适用于高年级本科生以及研究电力系统暂态的研究生。