高清PDF《电力电子新技术系列图书 PWM整流器及其控制 》张兴、张崇巍 编著 2012年版

前言
电力电子技术是现代电工技术中最活跃的领域，并且在电力系统中得到日益广泛的应用。电力电子技术根据用电场合而改变电能的应用方式，即所谓“变流”，使得电能的应用更好地满足人们的需求，并通过功能和性能的提高，产生经济效益和社会效益。因此，电力电子技术又被认为是电能应用的优化技术。
除了线性功率放大的场合，电力电子装置中的功率器件大多工作于开关状态，这种电力电子装置不加控制的扩大应用，带来的一个副作用就是电网的“污染”。例如传统的二极管整流器和晶闸管相控整流器，其运行过程中，网侧电流均含有大量谐波，且总的功率因数较低，大量应用所导致的电磁兼容问题可能会造成严重的后果，因此必须加以限制。环保意识的提高，促使人们在电力电子技术的发展中探索一条“绿色”之路。对变流装置而言，“绿色”的内涵应包括电网无谐波污染、单位功率因数，以及功率控制系统的高性能、高稳定性、高效率等传统变流装置所不具备的优越性能。
“绿色”电能变换的需求呼唤着电力电子技术的发展，而电力电子技术的发展又促进了“绿色”电能变换的实现。PWM整流器作为各种电力电子应用系统与电网的接口，其发展方向是将变流技术与微电子技术和自动控制技术相融合，已成为电力电子技术发展中的热，点和亮点。
PWM控制技术的应用与发展为整流器性能的改进提供了变革性的思路和手段，结合了PWM控制技术的新型整流器称为PWM整流器。经过多年的研究与探索，PWM控制技术已成功应用于整流器的设计中，使整流器获得了前所未有的优良性能。
与传统的整流器相比，PWM整流器不仅获得了可控的AC/DC变换性能，而且可实现网侧单位功率因数和正弦波电流控制，甚至能使电能双向传输。一般称电能可双向传输的PWM整流器为可逆PWM整流器。由于可逆PWM整流器不仅体现出PWM AC/DC变流特性（整流），而且还可呈现出PWM DC/AC变流特性(有源逆变)，因而确切地说，可逆PWM整流器实际上是一种新型的可四象限运行的变流器。本书的研究对象即为可逆PWM整流器，简称为PWM整流器。
随着PWM控制技术的发展，如空间矢量PWM(SVPWM)、滞环电流PWM控制等方案的提出，以及现代控制理论和智能控制技术的发展和应用，PWM整流器的性能得到了不断提高，功能也不断扩展。PWM整流器网侧独特的受控电流源特性，使得PWM整流器作为核心被广泛应用于各类电力电子应用系统中，这些应用系统主要有：
(1)功率因数校正(Power Factor Corrector-一PFC);
(2)静止无功补偿(Static Var Compensator-一SVC);
(3)有源电力滤波(Active Power Filter-一APF);
(4)统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller-UPFC);
(5)超导储能(Superconducting Magnetic Energy Storage-一SMES);
(6)高压直流输电(High Voltage Direct Current Transmission-一HVDC);
(7)可再生能源并网发电；
(8)交直流电气传动。
PWM整流器及其控制技术以其广泛而重要的应用前景，近年来备受学术界的关注，已有大量的研究报告陆续发表。这些研究报告从各方面对PWM整流技术展开研究，从而有力推动了PWM整流器应用技术的发展。为了便于相关学科和科研技术人员了解和参与这一领域的研究和掌握PWM整流技术，本书作者在多年从事电力电子与电气传动技术基础上，参阅了大量的国内外相关文献，特别是总结了作者近年来从事PWM整流器及其控制技术研究的科研成果及心得体会，编写了这本《PWM整流器及其控制》，目的在于抛砖引玉，促进PWM整流器技术在我国的发展。
本书较为系统和全面地论述了电压型、电流型PWM整流器的拓扑结构、工作原理、数学建模、控制系统设计等。另外，本书还特别将现代控制理论（如最优控制、滑模控制、非线性解耦控制等)与实际的应用相结合，介绍了PWM整流器技术在电力电子各相关领域的应用。
本书由合肥工业大学张兴教授、张崇巍教授合作编著。其中，张兴教授编写了全书大纲、前言以及第3章~第9章，张崇巍教授编写了第1章、第2章和第10章，全书由张兴教授、张崇巍教授统稿。
在本书的编写过程中，得到了西安交通大学王兆安救授，阳光电源股份有限公司董事长曹仁贤研究员，合肥工业大学丁明教授、杜少武教授，中国科学院合肥物质研究院等离子所刘正之研究员的关心与指导；也得到了合肥工业大学李雏华副教授、杨淑英副教授、谢震副教授、王付胜副教授和刘芳博士以及阳光电源股份有限公司屠运武研究员、赵为博士、余勇博士、张友全经理等的大力协助，他们以读者的视觉提出了很多宝贵意见和建议，并提供了大量有价值的参考文献和相关资料。另外，研究生刘淳、余畅舟、李飞、朱德斌、鲁力、郝木凯、董文杰、卢磊、金晨璐、乔彩霞、石荣亮、陈晓静、施洋洋等参与了文献整理、文档修订与绘图等工作，在此一并向他们表示衷心的感谢。在本书的编写过程中，我们参阅了大量的论著与文献，主要部分已列入了参考文献中，在此也对参考文献的作者表示衷心的感谢。
与本书有关的研究工作得到了以下课题的支持：
(1)科技部西部新能源行动专项(030403B2)：大功率太阳能光伏并网发电系统；
(2)科技部“十五”科技攻关(2004BA410A18)：并网光伏发电用系列逆变器的产业化开发；
(3)安徽省省科技攻关(0601202020A)：大型光伏并网发电系统及关键技术；
(4)国家自然科学基金重点项目(50837001)：分布式发电微网系统运行控制与保护关键技术研究；
(5)国家863高技术基金项目(2007AA05Z240):多能互补微型电网的并网、控制和能量管理技术；
(6)国家863高技术基金项目(2008AA05Z409):中小功率风机并网变流器及控制技术；
(7)国家“十一五”科技支撑项目(2006BAA01A20):大功率直驱式风电机组控制系统及变流器的研制；
(8)国家“十一五”科技支撑项目(2006BAA01A18):双馈式风电机组大功率双向变流器及控制技术开发；
(9)自然基金面上项目(51077034)：风机变流器电网适应性的实验室模拟与控制；
(10)自然基金青年基金项目(51107025)双馈型风电变流器低电压穿越柔性拓扑及控制策略的研究。
在此一并向上述项目的资助单位致以衷心的谢意。
感谢电力电子新技术系列图书编委会和机械工业出版社对本书写作的指导和支持。
由于作者水平有限，疏漏甚至谬误在所难免，敬请读者不吝指教。
作者

内容索引：

目录
电力电子新技术系列图书序言
前言
第1章绪论1
1.1PWM整流器概述1
1.2PWM整流器研究概况…5
1.3本书内容概述11
第2章PWM整流器的拓扑结构及原理…14
2.1基本原理及分类…14
2.1.1PWM整流器原理概述…14
2.1.2PWM整流器的分类及拓扑结构…16
2.2电压型PWM整流器(VSR)PWM分析20
2.2.1单相VSR PWM分析…20
2.2.2三相VSR PWM分析…32
2.3电流型PWM整流器(CSR)PWM分析…38
2.3.1单相CSR PWM分析38
2.3.2三相CSR PWM分析…44
第3章电压型PWM整流器(VSR)49
3.1三相VSR的建模及动、静态分析…49
3.1.1三相VSR一般数学模型·49
3.1.2三相VSR dq模型的建立…53
3.1.3三相VSR dq模型的动静态分析…65
3.2三相VSR控制系统设计883.2.1电流内环控制系统设计…89
3.2.2电压外环控制系统设计…97
3.2.3VSR交流侧电感的设计·106

3.2.4VSR直流侧电容的设计…112
第4章VSR电流控制技术…118
4.1VSR间接电流控制…118
4.1.1三相VSR静态间接电流控制119
4.1.2三相VSR动态间接电流控制128
4.2VSR直接电流控制132
4.2.1固定开关频率PWM电流控制133
4.2.2滞环PWM电流控制…143
4.3影响三相VSR电流控制要素分析…163
4.3.1三相VSR网侧电流的时域描述163
4.3.2PWM开关死区的效应及影响165
4.3.3三相VSR直流电压对网侧电流波形的影响…168
4.4VSR输出直流分量和共模电流的抑制172
4.4.1VSR输出直流分量的抑制…172
4.4.2非隔离型VSR中共模电流的抑制…177
第5章VSR空间矢量PWM(SVPWM)控制…184
5.1 SVPWM一般问题讨论…185
5.1.1三相VSR空间电压矢量分布…185
5.1.2空间电压矢量的合成…186
5.1.3SVPWM与SPWM控制的比较190

5.1.4VSR空间电压矢量的几何描述…192
5.2三相VSR空间电压矢量PWM(SVPWM)控制…203
5.2.1基于不定频滞环的SVPWM电流控制…203
5.2.2基于定频滞环的SVPWM电流控制…211
5.2.3跟踪指令电压矢量的SVPWM电流控制…219
第6章VSR并网控制策略…225
6.1VSR并网控制概述225
6.2基于电流闭环的矢量控制策略227
6.2.1概述…227
6.2.2基于电网电压定向的矢量控制(VOC)…228
6.2.3基于虚拟磁链定向的矢量控制(VFOC)…230
6.3直接功率控制(DPC)235
6.3.1瞬时功率的计算236
6.3.2基于电压定向的直接功率控制(V-DPC)238
6.3.3基于虚拟磁链定向的直接功率控制(VF-DPC)·248
6.4基于LCL滤波的VSR控制·254
6.4.1概述254
6.4.2无源阻尼法…256
6.4.3有源阻尼法…261
6.4.4基于LCL滤波的VSR中滤波器设计…272
6.5单相VSR的控制…281
6.5.1静止坐标系中单相VSR的控制…281284
第7章三相VSR的其他控制策略…287

7.1无交流电动势、电流传感器的三相VS控制…287
7.1.1无交流电动势传感器的三相VSR控制…287
7.1.2无交流电流传感器的三相VSR控制…293
7.2电网不平衡时的三相VSR控制…300
7.2.1电网不平衡时的三相VSR基本问题…301
7.2.2电网不平衡时的三相VSR控制4…311
第8章电流型PWM整流器(CSR)的建模及控制…324
8.1三相CSR建模…324
8.1.1三相CSR一般数学模型的建立…324
8.1.2三相CSR dq模型的建立…327
8.1.3三相CSR dq模型的改进…329
8.2三相CSR dq模型的动、静态分析…331
8.2.1三相CSR dq等效电路描述…331
8.2.2三相CSR静态特性分析·336
8.2.3三相CSR动态特性分析…340
8.3三相CSR PWM信号发生技术…346
8.3.1三值逻辑PWM信号发生…346
8.3.2三值逻辑空间矢量PWM信号发生…353
8.3.3三相CSR PWM电流利用率讨论…357
8.3.4低电压应力三值逻辑PWM信号发生…361
8.4电流型PWM整流器(CSR)控制系统设计…367
8.4.1单相CSR控制系统设计…367
8.4.2三相CSR控制系统设计·379
8.4.3三相CSR主电路参数设计…392
第9章PWM整流器中的锁相环技术…400
9.1锁相环技术概述…400
9.2基本锁相环的结构与原理…403
9.2.1过零鉴相法一基本开环锁相法403
9.2.2乘法鉴相法一基本闭环锁相法…404
9.3三相锁相环技术…410
9.3.1单同步坐标系软件锁相环4…411
9.3.2基于对称分量法的单同步坐标系软件锁相环·418
9.3.3基于双同步坐标系的解耦软件锁相环……421
9.3.4基于双二阶广义积分器的软件锁相环…429
9.4单相软件锁相环技术…437
9.4.1基于单相变量的单相锁相环方案…437
9.4.2基于两相正交变量的单相锁相环方案…443
9.5锁相环控制器参数的整定…449
第10章PWM整流器应用…451
10.1高功率因数整流器(HPFR)451
10.1.1概述…451
10.1.2高功率因数整流器最优控制…452
10.2静止无功发生器(SVG)458
10.2.1概述…458
10.2.2SVG非线性解耦控制·460
10.3有源电力滤波器(APF)·464
10.3.1概述…464
10.3.2谐波检测…465
10.3.3采用滑模控制的AP℉电流控制策略…467
10.4统一潮流控制器(UPFC)·472
10.4.1概述…472
10.4.2UP℉C控制系统设计…474
10.5可再生能源并网发电…478
10.5.1概述…478
10.5.2光伏并网逆变器及其控制…480
10.5.3风力发电机并网及其控制…488
参考文献…494

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