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