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本书是为数不多的系统介绍并网逆变控制的一本好书。本书英文版曾经登上了亚马逊发配电畅销书排行榜第七，且多次作为国际研讨会的教材。本书不仅简要、清晰地介绍了电能变换以及新能源与智能电网接入等方面的相关基础知识，而且对并网逆变器中电能质量控制、中线提供、功率控制以及同步技术等关键技术作了深入、细致的系统理论分析和实验验证。本书是原著者十多年研究工作的结晶，其丰富的创新性理论成果（比如虚拟同步机）和大量的实验结果有助于科研工作人员和工程技术人员理解并网逆变器的各种先进控制策略，并能够将其引入到自己相关的工程实际应用中。更重要的是，通过对本书内容的深入理解，读者还能够从中体会到原著者科学的创新性理念和严谨的科研态度，从而使得自身的创新能力和科研思想得以培养和锻炼。
內容簡介：
能源危机和可持续发展是当今世界面临的两大难题，可再生的新能源为解决这些问题展示了广阔的前景，如何将新能源接入智能电网已经成为了智能电网发展的“前沿阵地”。本书在简要介绍电能变换以及新能源与智能电网接入等方面的相关基础知识后，对并网逆变器中的电能质量控制、中线提供、功率控制以及同步技术等方面做了深入、细致的理论分析和实验验证，首次以中文详细阐述了包括模拟同步电机的同步逆变器（也称虚拟同步机）、鲁棒下垂控制器以及C型逆变器等原创的系列关键技术。本书丰富的创新性理论和大量的实验结果有助于科研工作人员和工程技术人员理解智能电网接入的各种先进控制技术。本书既可作为电力电子、可再生能源、分布式发电、微电网、智能电网与电力系统、柔性交流输电、不间断电源、高速铁路、多电飞机、全电舰船、控制理论与工程等领域的研究与工程应用参考书，也可作为电力系统、电力电子、控制理论与控制工程等专业的研究生教材。
關於作者：
著者简介钟庆昌博士是美国伊利诺理工大学Illinois Institute of Technology，IIT电气与计算机工程系能源与电力首席教授Max McGraw Endowed Chair Professor、英国谢菲尔德大学控制与系统工程系研究教授、中国国家电网公司特聘专家、IEEE电力电子学会和IEEE控制系统学会双杰出讲员Distinguished Lecturer、国际控制与电力电子领域四大期刊（IEEE Transon AutomaticControl,IEEE TransPower Electronics，IEEE TransIndustrial Electronics，IEEE TransControl Systems Technology）的编委、英国工程技术学会IET会士、IEEE高级会员、国际自动控制联合会IFAC电力与能源系统技术委员会副主席，曾任欧洲控制协会英国代表、劳斯莱斯大学技术联盟委员和美国FREEDM国家工程研究中心科学顾问。他应邀在十多个国际会议作主题报告，是世界上同时在控制与电力电子领域得到认可的少数专家之一。钟教授1990毕业于湘潭机电专科学校（现湖南工程学院），1997年获得湖南大学控制理论与控制工程专业硕士学位，2000年获得上海交通大学控制理论与控制工程专业博士学位后前往以色列理工大学从事一年的博士后研究，2004年获得英国帝国理工学院控制与电力工程专业博士学位后在英国格兰摩根大学开始了他的学术生涯，六年后从英国利物浦大学高级讲师直接受聘为英国拉夫堡大学终身首席教授、控制与可靠性研究组主任，2012年受聘为英国谢菲尔德大学控制与系统工程系控制与系统工程终身首席教授。他在不到三年的时间内在谢菲尔德大学建立起了价值五百万美元的控制与电力系统实验室，得到了劳斯莱斯、西门子、阿尔斯通、国家仪器、德州仪器、横河电机等国际一流大公司的支持。钟教授的研究横跨控制理论、电力电子与电力系统三大学科，主要方向包括新能源与分布式发电、电力电子变换器、智能电网、微电网、电动汽车、高速铁路供电与驱动系统、时间滞后系统、鲁棒控制理论、化工过程控制等相关领域。他主要解决了关于时间滞后系统鲁棒控制的一系列基础理论问题，将逆变器与同步发电机从数学上等价了起来，提出了同步逆变器的思想，是虚拟同步机的主要发明人，提出了以同步机的同步机制来统一各种发电设备和用电设备接入电网的接口，并以此为基础来构建下一代智能电网，从而实现电力系统的自主运行，解决了新能源接入电网和逆变器并联运行的系列关键问题，取得了一系列原创性的研究成果。
目錄
目录译者序原书前言原书致谢原著者简介缩略语第1章引言111章节安排112电能变换的基本知识4121交直变换4122直直变换12123直交变换17124交交变换2213硬件设计23131隔离24132功率电路24133输出滤波器30134电压和电流检测32135信号处理34136保护35137中央控制器36138测试设备4014风力发电系统41141基本知识41142风力机42143发电机和拓扑结构43144风力机系统的控制4715太阳能发电系统49151太阳能发电简介49152对太阳能电力的处理5016智能电网接入51161电力系统的运行模式51162智能电网简介52163智能电网接入的要求54第2章基础知识5721电能质量问题57211简介57212电压质量的恶化机理59213逆变器输出阻抗的作用5922重复控制60221基本原理60222内部模型的极点61223内部模型延迟时间的选择6223参考坐标系63231自然（abc）坐标系63232静止参考（αβ）坐标系65233同步旋转参考dq坐标系67234相序为acb的情况69第1部分电能质量控制第3章电流H∞重复控制7431系统描述7432控制器设计75321控制对象P的状态空间模型75322转化为标准H∞问题77323系统稳定性的验证7833设计实例7934实验结果80341同步过程80342稳态性能80343动态性能（空载）8235小结83第4章电压和电流H∞重复控制8441系统描述8442逆变器的建模8543控制器设计87431H∞控制问题的描述87432广义对象的实现88433Tew的状态空间实现89434Tba的状态空间实现9044设计实例9145仿真结果92451标称响应93452变负载时的响应94453对电网电压畸变的响应9546小结97ⅩⅦⅩⅧ第5章具有频率自适应的电压H∞重复控制9851系统描述9852控制器设计98521控制对象P的状态空间模型99522频率自适应内部模型M 101523标准H∞问题描述101524系统稳定性验证10353设计实例10554实验结果106541离网模式下的稳态性能106542并网模式下的稳态性能107543动态性能（无本地负载）110544电网频率波动时的响应11055小结114第6章级联型电流-电压H∞重复控制11561微电网的工作模式11562控制策略11663电压控制器的设计118631对象Pu的状态空间模型118632标准H∞问题的描述11964电流控制器的设计120641对象Pi的状态空间模型121642标准H∞问题的描述12165设计实例122651H∞电压控制器的设计122652H∞电流控制器的设计12366实验结果123661离网模式下的稳态性能123662并网模式下的稳态性能124663动态性能128664工作模式的无缝切换13067小结133第7章逆变器输出阻抗的控制13471具有感性输出阻抗的逆变器（L型逆变器）13472具有阻性输出阻抗的逆变器（R型逆变器）135721控制器设计135722稳定性分析13673具有容性输出阻抗的逆变器（C型逆变器）13774改善输出电压THD的C型逆变器设计137741普通情况137742特殊情况Ⅰ：最小化3次和5次谐波分量139743特殊情况Ⅱ：最小化3次谐波分量140744特殊情况Ⅲ：最小化5次谐波分量14075R型、L型和C型逆变器的仿真结果141751滤波电感取L=235mH的情况141752滤波电感取L=025mH的情况14276R型、L型和C型逆变器的实验结果144761滤波电感取L=235mH的情况144762滤波电感取L=025mH的情况14577滤波电容的影响14678小结146第8章谐波电流旁路法14781控制器的设计14782控制器的物理解释14983稳定性分析150831忽略采样效应150832考虑采样效应15284实验结果15285小结153第9章牵引电力系统中的电能质量问题15491简介15492拓扑结构描述15693负序电流、无功和谐波电流的补偿157931补偿前的电网侧电流157932有功补偿和无功补偿157933谐波电流补偿160934直流母线电压的调节160935补偿策略的实现16094特例：cosθ=116195仿真结果163951当cosθ≠1时164952当cosθ=1时165ⅩⅨⅩⅩ96小结165第2部分中线的提供第10章中线桥臂的拓扑结构168101简介168102裂相直流母线169103传统的中线桥臂170104独立控制的中线桥臂170105小结171第11章中线桥臂的经典控制172111数学建模172112控制器设计1741121电流控制器Ki的设计1741122电压控制器Kv的设计175113性能分析177114元器件的选择1791141电容CN1791142电感LN179115仿真结果1801151iN=0时180115250Hz中线电流时1811153150Hz中线电流时1811154直流中线电流时181116小结182第12章中线桥臂的H∞电压-电流控制184121数学模型184122控制器的设计1861221P的状态空间实现1871222闭环传递函数的状态空间实现189123加权函数的选择190124设计实例191125仿真结果192126小结193第13章中线桥臂的并联PI电压-H∞电流控制194131中线桥臂的描述194132H∞电流控制器的设计1951321控制器介绍1951322标准H∞问题的描述1961323对象P的状态空间实现1971324广义对象P~的状态空间实现1971325设计实例198133附加的电压控制环200134实验结果2011341稳态性能2011342中线电流变化的动态性能202135小结206第14章中线在单三相变换器中的应用207141简介207142单三相变换器的拓扑结构210143基本原理分析211144控制器的设计2131441同步单元2131442整流桥臂的控制2131443中线桥臂的控制2151444逆变桥臂的控制216145仿真结果2171451三相平衡线性负载2181452三相不平衡非线性负载218146小结221第3部分功率控制第15章电流比例积分控制224151系统结构2241511在同步旋转dq参考坐标系中2241512自然abc坐标系中的等效结构225152控制器的实现226153实验结果2261531稳态性能2271532动态性能229154小结231第16章电流比例谐振控制232161比例谐振控制器232162系统的结构2321621在静止参考αβ坐标系中2321622abc坐标系中的等效控制器233163控制器的设计2341631对象模型2341632设计实例235164实验结果2371641稳态性能2371642动态性能239165小结241ⅩⅪⅩⅫ第17章电流无差拍预测控制242171系统结构242172控制器的设计242173实验结果2441731稳态性能2441732动态性能246174小结247第18章同步逆变器：模拟同步发电机的电网友好型逆变器（虚拟同步机）248181同步发电机的数学模型2481811电气部分2491812机械部分2501813有中线时的情况251182同步逆变器的实现2521821功率部分2521822电子部分253183同步逆变器的运行2541831有功功率调节和频率下垂控制2541832无功功率调节和电压下垂控制255184仿真结果2571841不同电网频率时的情况2571842不同负载时的情况259185实验结果2591851功率控制的性能2591852离网模式下的负载特性2601853并网模式下的负载特性262186小结265第19章逆变器的并联运行266191简介266192问题描述268193向电压源输送功率268194传统的下垂控制方法2691941对于R型逆变器2691942对于L型逆变器2701943对于C型逆变器2701944R型逆变器的实验结果271195传统下垂控制的固有局限性2731951有功功率的分配2741952无功功率的分配275196R型逆变器的鲁棒下垂控制2761961控制策略2761962由电压测量误差引起的功率分配误差2771963电压的调节2781964全局设定值的E*和ω*偏差所引起的误差2791965实验结果280197C型逆变器的鲁棒下垂控制器2861971控制策略2861972仿真结果2871973实验结果290198L型逆变器的鲁棒下垂控制器2921981控制策略2921982仿真结果2931983实验结果294199小结299第20章提高电压质量的鲁棒下垂控制300201控制策略300202实验结果30120211∶1功率分配30220222∶1功率分配304203小结310第21章谐波下垂控制器311211逆变系统的模型311212向电流源输送功率313213减小输出电压的谐波314214仿真结果315215实验结果318216小结320第4部分同步技术第22章常规同步技术324221简介324ⅩⅩⅢ222过零点法325223基本锁相环PLL325224同步旋转参考坐标系锁相环（SRF-PLL）326225二阶广义积分型锁相环SOGI-PLL328226正弦跟踪算法STA329227SOGI-PLL和STA的仿真结果3312271输入为频率可变有噪声且失真的信号3312272输入为含噪声的失真方波信号333228SOGI-PLL及STA的实验结果3332281输入为电网电压3332282输入为频率可变有噪声且失真的信号3332283输入为含噪声的失真方波信号337229小结338第23章正弦波锁定器339231并网的单相同步电机339232正弦波锁定器的结构339233频率和相位的跟踪341234电压幅值的跟踪342235参数整定342236等效结构343237仿真结果3432371输入为频率可变有噪声且失真的信号3442372输入为含噪声的失真方波信号344238实验结果3472381输入为电网电压信号3472382输入为频率可变有噪声的信号3472383输入为含噪声的失真方波信号347239小结351参考文献352
內容試閱
随着经济的快速发展，当今世界能源短缺、环境污染和气候变暖已经成为影响社会进步的严重问题，经济、清洁、可再生的新能源作为解决这些问题的有效手段备受各国政府和业界的广泛关注。推进新能源和智能电网的融合是未来电网发展的必然趋势，如何确保各种新能源的友好接入、有效调控以及稳定运行是目前的研究热点。新能源一般通过电力电子逆变器接入智能电网，合理的控制策略可以使其接入电力系统时不但不会危及系统的稳定性和性能，反而会为智能电网的其他功能和服务提供坚实的基础。新能源接入智能电网的技术方兴未艾、日新月异，新技术、新方法、新理念不断涌现，但此方面的技术书籍目前还很缺乏，尤其是系统介绍该领域中并网逆变控制策略的中文书籍更是寥寥无几。而我国从事电力系统、电力电子技术以及控制工程领域的研发人员众多，为了尽快传播相关领域的世界前沿最新发展、积极推进我国建设智能坚强电网和全球能源互联网的步伐，急需一本既具有最新理论研究成果，又能为工程应用实例提供指导的专著。本书原版是为数不多的系统介绍并网逆变控制技术的一本畅销书，曾经登上了亚马逊发配电畅销书排行榜第七名，且多次被选为国际研讨会和研究生课程的教材。本书不仅简要、清晰地介绍了电能变换以及新能源与智能电网接入等方面的相关基础知识，而且对并网逆变器中的电能质量控制、中线提供、功率控制以及同步技术等关键技术做了深入、细致的系统理论分析和实验验证。本书是原著者十多年研究工作的结晶，其丰富的创新性理论成果和大量的实验结果有助于科研工作人员和工程技术人员理解并网逆变器的各种先进控制策略，并将其应用到相关的工程实际中。更重要的是，通过对本书内容的深入理解，读者还能够从中体会到原著者科学的创新理念和严谨的科研态度，从而使得自身的创新能力和科研思想得以培养和升华。全书总共23章，除引言和基础知识以外，主体内容分为4个部分。第1部分（第3~9章）针对电能质量控制提出了几种不同机制下的控制策略。第2部分（第10~14章）讨论了提供中线的拓扑结构，给出了保持中线均衡稳定的多种控制策略。第3部分（第15~21章）详细分析了功率控制中的各项关键技术，包括同步逆变器（也就是模拟同步发电机的逆变器，也称虚拟同步机）、鲁棒下垂控制器以及谐波下垂控制器等全新的概念。第4部分（第22、23章）在介绍传统同步方法的基础上，详细介绍了基于同步机运行机制的正弦波锁定和重构的方案。本书原著者钟庆昌是中国国家电网公司国家级特聘专家、美国伊利诺理工大学Max McGraw能源与电力首席教授、英国谢菲尔德大学自动控制与系统工程系研究教授（曾任控制与系统工程终身首席教授），Tomas Hornik是英国Turbo Power Systems公司控制工程师，他们的介绍请参见原著者简介，此处不再赘述。本书既可作为电力电子、可再生能源、分布式发电、微电网、智能电网与电力系统、柔性交流输电、不间断电源、轨道交通、多电飞机、全电舰船、控制理论与工程等领域的研究与工程应用参考书，也可以作为电力系统、电力电子、控制理论与控制工程等专业的研究生教材。本书由原书第一作者钟庆昌教授领衔翻译，其他译校人员都曾经或现在是钟庆昌教授团队的研究人员。全书的译校经历了翻译、一校、二校、三校和两次统校，最终由钟庆昌教授定稿。虽然大家都竭尽全力以求译文准确，但还是难免存在一些错误和不足之处，译者热切期待各位读者对本书提出宝贵意见、建议和勘误。本书中文版能够出版发行，要感谢机械工业出版社的慧眼，在原书出版三个月之内就引进了本书的中文版权，并在第一时间与原著者取得了联系。特别要感谢的是本书的策划编辑付承桂女士，她以巨大的热情和高度的责任心为本书的出版做了大量繁琐细致的出版业务工作和联络工作。也要感谢众多的排版与编印人员，是他们的辛勤劳动才得以使本书付梓。在此，译者对为本书的出版做出过贡献的所有人员表示深深的感谢。
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