第1章 电力电子功率变换 1
1.1 引言 1
1.2 电力电子变流器和变流器系统 1
1.3 电力电子变流器在电力系统中的应用 2
1.4 电力电子开关 4
1.4.1 开关分类 4
1.4.2 开关特性 6
1.5 变流器的分类 6
1.5.1 基于换相过程的分类 7
1.5.2 基于端电压和电流波形的分类 7
1.6 电压源变流器（VSC） 8
1.7 基本结构 8
1.7.1 多模块VSC系统 8
1.7.2 多电平VSC系统 10
1.8 本书的范围 13
第1部分 基本原理 16
第2章 DC-AC半桥变流器 16
2.1 引言 16
2.2 变流器结构 16
2.3 工作原理 17
2.3.1 脉宽调制（PWM） 17
2.3.2 变流器波形 18
2.4 变流器的开关模型 20
2.5 变流器的平均值模型 22
2.6 非理想半桥变流器 27
2.6.1 非理想半桥变流器的分析：正向交流侧电流 27
2.6.2 非理想半桥变流器的分析：反向交流侧电流 31
2.6.3 非理想半桥变流器的平均值模型 31
第3章 半桥变流器的控制 35
3.1 引言 35
3.2 半桥变流器的交流侧控制模型 35
3.3 半桥变流器的控制 36
3.4 前馈补偿 39
3.4.1 对启动暂态的影响 39
3.4.2 对变流器系统与交流系统间动态耦合的影响 40
3.4.3 对抗干扰能力的影响 43
3.5 正弦指令跟踪 44
第4章 空间相量与二维坐标系 52
4.1 引言 52
4.2 三相对称函数的空间相量表示 53
4.2.1 空间相量的定义 53
4.2.2 改变三相信号的幅值和相角 55
4.2.3 幅值/频率可控的三相信号的产生 59
4.2.4 谐波的空间相量表示 61
4.3 三相系统的空间相量表示 62
4.3.1 非耦合的三相对称系统 62
4.3.2 耦合的三相对称系统 65
4.3.3 三相不对称系统 66
4.4 三相三线制系统中的功率 66
4.5 三相信号与系统在αβ坐标系中的表示和控制 68
4.5.1 空间相量在αβ坐标系中的表示 68
4.5.2 信号发生器/调节器在αβ坐标系中的实现 70
4.5.3 αβ坐标系中的功率表达式 72
4.5.4 αβ坐标系中的控制 72
4.5.5 αβ坐标系中系统的表示 74
4.6 三相系统在dq坐标系中的表示和控制 76
4.6.1 空间相量在dq坐标系中的表示 76
4.6.2 dq坐标系中的功率表达式 79
4.6.3 dq坐标系中的控制 79
4.6.4 dq坐标系中系统的表示 80
第5章 三相两电平电压源变流器 87
5.1 引言 87
5.2 两电平电压源变流器 87
5.2.1 电路结构 87
5.2.2 运行原理 88
5.2.3 非理想两电平VSC的功率损耗 89
5.3 两电平VSC的模型和控制 90
5.3.1 两电平VSC的平均值模型 90
5.3.2 两电平VSC在αβ坐标系中的模型 92
5.3.3 两电平VSC在dq坐标系中的模型和控制 94
5.4 VSC系统的分类 96
第6章 三相三电平中性点钳位型电压源变流器 97
6.1 引言 97
6.2 三电平半桥NPC 98
6.2.1 生成正的交流电压 99
6.2.2 生成负的交流电压 99
6.3 用于三电平半桥NPC的PWM方案 100
6.4 三电平半桥NPC的开关模型 102
6.4.1 交流端电压 102
6.4.2 直流端电流 102
6.5 三电平半桥NPC的平均值模型 103
6.5.1 交流端平均电压 103
6.5.2 直流端平均电流 104
6.6 三电平NPC 104
6.6.1 电路结构 104
6.6.2 工作原理 105
6.6.3 中点电流 106
6.6.4 带有外接直流电压的三电平NPC 110
6.7 直流侧带有电容分压器的三电平NPC 111
6.7.1 直流侧电压漂移现象 112
6.7.2 直流侧电压平衡 112
6.7.3 直流侧电流的推导 117
6.7.4 三电平NPC和两电平VSC的统一模型 117
6.7.5 直流电容电压纹波对交流侧谐波的影响 119
第7章 电网定频的VSC系统：在αβ坐标系中的控制 123
7.1 引言 123
7.2 电网定频VSC系统的结构 123
7.3 有功/无功功率控制器 124
7.3.1 电流型控制和电压型控制 124
7.3.2 有功/无功功率控制器的动态模型 125
7.3.3 有功/无功功率控制器的电流型控制 127
7.3.4 直流母线电压等级的选择 130
7.3.5 现实的考量和权衡 135
7.3.6 含三次谐波注入的PWM调制 135
7.4 基于三电平NPC的有功/无功功率控制器 141
7.4.1 基于三次谐波注入PWM的三电平NPC中点电流 147
7.5 直流电压受控的功率端口 148
7.5.1 直流电压受控的功率端口模型 149
7.5.2 直流电压受控功率端口的直流母线电压控制 153
7.5.3 简化和精确模型 157
第8章 电网定频的VSC系统：在dq坐标系中的控制 161
8.1 引言 161
8.2 电网定频VSC系统的结构 162
8.3 有功/无功功率控制器 163
8.3.1 电流型控制与电压型控制 163
8.3.2 空间相量在dq坐标系中的表示 164
8.3.3 有功/无功功率控制器的动态模型 165
8.3.4 锁相环（PLL） 166
8.3.5 PLL的补偿器设计 168
8.4 有功/无功功率控制器的电流型控制 173
8.4.1 VSC的电流控制 173
8.4.2 直流母线电压等级的选择 176
8.4.3 交流侧等效电路 179
8.4.4 三次谐波注入PWM 182
8.5 基于三电平NPC的有功/无功功率控制器 184
8.6 直流电压受控的功率端口 185
8.6.1 直流电压受控的功率端口模型 186
8.6.2 直流电压受控功率端口的控制 188
8.6.3 简化模型和精确模型 193
第9章 频率受控的VSC系统 195
9.1 引言 195
9.2 频率受控的VSC系统结构 195
9.3 频率受控的VSC系统模型 197
9.4 电压控制 201
9.4.1 自主运行 208
第10章 变频VSC系统 215
10.1 引言 215
10.2 变频VSC系统的结构 215
10.3 变频VSC系统的控制 217
10.3.1 异步电机 218
10.3.2 双馈异步电机 230
10.3.3 永磁同步电机 245
第2部分 应用 250
第11章 静止补偿器（STATCOM） 250
11.1 引言 250
11.2 直流电压受控的功率端口 250
11.3 STATCOM的结构 251
11.4 PCC电压控制的动态模型 252
11.4.1 PCC电压动态的大信号模型 252
11.4.2 PCC电压动态的小信号模型 254
11.4.3 稳态工作点 256
11.5 PCC电压动态特性的近似模型 257
11.6 STATCOM的控制 258
11.7 PCC电压控制器的补偿器设计 259
11.8 模型评估 259
第12章 背靠背HVDC变换系统 267
12.1 引言 267
12.2 HVDC系统结构 267
12.3 HVDC系统模型 269
12.3.1 电网和连接变压器模型 269
12.3.2 背靠背变换系统的模型 270
12.4 HVDC系统控制 274
12.4.1 锁相环（PLL） 274
12.4.2 dq坐标系电流控制方案 276
12.4.3 PWM门控信号发生器 279
12.4.4 直流侧分压的平衡 279
12.4.5 潮流控制 279
12.4.6 直流母线电压调节 281
12.5 不对称故障下HVDC系统的性能 283
12.5.1 不对称故障下的PCC电压 283
12.5.2 不对称故障下PLL的运行特性 285
12.5.3 不对称故障下dq坐标系电流控制器的运行特性 286
12.5.4 不对称故障下直流母线电压的动态 288
12.5.5 不对称故障下低次谐波的产生 292
12.5.6 不对称故障下的稳态潮流 295
12.5.7 不对称故障下的直流母线电压控制 296
第13章 变速风力发电系统 308
13.1 引言 308
13.2 恒速和变速风力发电系统 308
13.2.1 恒速风力发电系统 308
13.2.2 变速风力发电系统 309
13.3 风力机特性 310
13.4 变速风力发电系统的最大功率捕获 312
13.5 基于双馈异步电机的变速风力发电系统 315
13.5.1 基于双馈异步电机的风力发电系统的结构 315
13.5.2 变频VSC系统的电机转矩控制 316
13.5.3 直流电压受控的功率端口的直流母线电压控制 318
13.5.4 直流电压受控的功率端口的补偿器设计 321
附录 331
附录A对称三相电机的空间相量表示 331
A.1 引言 331
A.2 对称三相电机的结构 331
A.3 电机的电气模型 332
A.3.1 端电压/电流方程 332
A.3.2 定子磁链的空间相量表示 333
A.3.3 转子磁链的空间相量表示 334
A.3.4 电机电磁转矩 334
A.4 电机的等效电路 335
A.4.1 电机的动态等效电路 335
A.4.2 电机的稳态等效电路 336
A.5 永磁同步电机（PMSM） 337
A.5.1 永磁同步电机的电气模型 337
A.5.2 永磁同步电机的稳态等效电路 339
附录B VSC系统的标么值 340
B.1 引言 340
B.1.1 交流侧参数的基准值 340
B.1.2 直流侧参数的基准值 340
参考文献 343