电力电子混杂系统动力学表征与控制
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北京东城
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作者赵争鸣 施博辰 袁立强 著
出版社机械工业出版社
ISBN9787111756927
出版时间2024-09
装帧精装
开本16开
定价198元
货号1203377417
上书时间2024-09-27
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目录
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前言
第1章绪论
1.1电力电子的历史与发展
1.1.1电力电子的起源
1.1.2电力电子的发展
1.2电力电子的内涵与外延
1.2.1电力电子学内涵
1.2.2电力电子学外延
1.3电力电子混杂系统的概念与特征
1.3.1混杂系统概念的提出和发展
1.3.2电力电子混杂系统
1.4电力电子混杂系统的问题与挑战
1.4.1多时间尺度动力学建模与表征
1.4.2连续-离散动力学行为的高效解算
1.4.3连续-离散动力学行为的协同控制
1.4.4电磁能量瞬变机理与规律
第2章混杂系统动力学表征与控制方法概述
2.1混杂系统多尺度动力学表征
2.1.1多尺度动力学建模
2.1.2多尺度状态离散解算
2.1.3多尺度动力学分析方法
2.2混杂系统多尺度协同控制
2.2.1电力电子混杂系统控制规律解析
2.2.2连续(大时间尺度)-离散过程控制
2.2.3离散-连续(小时间尺度)过程控制
2.2.4多尺度协同控制
第3章多尺度建模与分析
3.1电力电子混杂系统建模方法概述
3.2小时间尺度分段解析瞬态模型
3.2.1基本假设与总体思想
3.2.2等效电路与物理机理
3.2.3开通瞬态模型
3.2.4关断瞬态模型
3.2.5电路实现
3.2.6参数提取
3.3多时间尺度分层自动机模型
3.3.1模型的数学形式
3.3.2模型的事件驱动运行模式
3.4案例研究与分析
3.4.1功率器件案例:高压IGBT建模
3.4.2变换模块案例:H桥逆变模块建模
3.4.3复杂系统案例:无线充电变换系统建模
第4章离散状态事件驱动仿真解算
4.1离散状态事件驱动仿真框架
4.1.1连续状态仿真解算
4.1.2离散事件体系架构
4.2状态离散仿真算法
4.2.1灵活自适应状态离散算法
4.2.2解耦型状态离散算法
4.3事件驱动仿真机制
4.3.1主动事件的提前定位机制
4.3.2用于被动事件迭代定位的割线法
4.4事件驱动下的刚性求解算法
4.4.1刚性系统的定义与判定
4.4.2针对电力电子混杂系统的刚性算法
4.5算例研究与分析
4.5.1固态变压器仿真算例
4.5.2牵引变流器仿真算例
4.5.3交直流混联微电网仿真算例
第5章工业仿真计算机自动化实现
5.1电力电子工业仿真软件及其计算机自动化技术
5.1.1电力电子领域工业仿真软件
5.1.2电力电子混杂系统方程的计算机自动生成技术
5.1.3大规模电力电子混杂系统自动化快速求解技术
5.2半符号化状态方程自动生成
5.2.1核心思路
5.2.2半桥的开关函数受控源等效模型
5.2.3其他类型桥臂的开关函数受控源等效模型
5.2.4状态方程自动生成及更新方法
5.2.5有效性与局限性
5.2.6工业软件状态方程自动生成及更新流程总结
5.3大规模电力电子混杂系统自动化稀疏求解
5.3.1电力电子电路自动划分方法
5.3.2状态方程分块稀疏性质推导
5.3.3基于分块稀疏性质的方程生成及更新优化方法
5.3.4基于分块稀疏性质的数值积分优化方法
5.3.5有效性与局限性
第6章电磁脉冲形态解析
6.1电磁能量脉冲实验分析
6.1.1脉冲实验平台设计
6.1.2脉冲瞬态行为实验分析
6.2电磁能量脉冲建模分析
6.2.1脉冲模型参数
6.2.2脉冲分段解析
6.2.3模型实验验证
6.2.4损耗分析模型
6.3信号、驱动和电磁能量脉冲传递规律
6.3.1三组脉冲关系的时域表征
6.3.2三组脉冲关系的频域表征
6.4脉冲控制规律解析
第7章电磁脉冲主动驱动控制
7.1自调节栅极主动驱动控制方法
7.1.1工作原理
7.1.2硬件实现
7.1.3实验验证
7.2基于自调节驱动的IGBT电磁脉冲闭环控制
7.2.1开关时间的自调节闭环控制
7.2.2开关损耗的自调节闭环控制
7.2.3瞬态电应力的自调节闭环控制
7.3SiC MOSFET电磁脉冲主动驱动控制
7.3.1无源电路辅助的栅极主动驱动控制方案
7.3.2无源辅助电路设计
7.3.3主动栅极驱动设计
第8章电磁能量动力学表征与分析
8.1电力电子系统大时间尺度能量表征与可视分析
8.1.1基本概念
8.1.2能流拓扑模型
8.1.3多端口组合式电力电子变换器的能流分析
8.2电力电子系统瞬态过程能量表征与分析
8.2.1基本假设
8.2.2瞬态过程能量模型
8.2.3能量分布及变化表征
8.2.4通过能量分布及变化表征
8.2.5系统故障能量变化表征分析举例
8.3开关过程瞬变电磁场能量表征与分析
8.3.1基本假设
8.3.2建模方法
8.3.3电磁实验量测与验证
8.3.4开关瞬变过程电磁能量可视化方法
8.3.5电磁能流瞬变可视分析
第9章电磁能量平衡的协同控制
9.1基于能量平衡的控制方法概述
9.2多端口多级联变换的能量平衡控制
9.2.1系统能量模型
9.2.2开关调制策略
9.2.3母线电压的能量平衡控制
9.2.4参数适应性分析
9.2.5多级能量平衡控制
9.3面向多时间尺度的能量平衡控制
9.3.1考虑小时间尺度亚开关周期的能量平衡控制
9.3.2考虑大时间尺度的能量平衡控制
9.3.3考虑多时间尺度的能量平衡控制
9.4基于能量平衡的协同控制应用案例
9.4.1仿真分析
9.4.2实验验证
第10章动力学表征与控制的应用
10.1工业仿真软件DSIM
10.1.1DSIM简介
10.1.2DSIM仿真应用案例:轨道交通无线供电系统
10.2电力电子高频功率放大器
10.2.1电磁脉冲组合规律与设计
10.2.2无源器件非理想因素的影响和分析
10.2.3基于DSIM的仿真解算
10.2.4实验验证
10.2.5滤波器设计
10.3兆瓦级多端口电力电子变压器
10.3.1电力电子变压器拓扑
10.3.2基于DSIM的高频母线电压振荡机理分析与抑制
10.3.3多端口协同解耦控制
参考文献
内容摘要
本书较为系统地论述了电力电子混杂系统动力学表征与控制的理论方法及其实际应用。全书内容分为10 章,第1 章概述了电力电子的发展及其混杂系统特征;第2 章阐述了混杂系统多尺度动力学表征与协同控制的基本概念和基础理论;第3~5 章分别论述了电力电子混杂系统的建模分析、仿真解算及计算机实现方法,形成相关的动力学表征技术;第6、7 章论述了电磁脉冲的形态解析和主动驱动控制方法,第8、9 章论述了电磁能量的表征分析和能量平衡的协同控制方法,它们共同形成相关的协同控制技术;第10 章则介绍了上述技术的典型应用,包括工业仿真软件DSIM、电力电子高频功率放大器和兆瓦级多端口电力电子变压器。
本书可供从事电力电子领域工作,特别是从事大容量电力电子系统研究、装置开发和工程应用的专业人士参考,也可作为高等院校相关专业教师和研究生的参考教材。
主编推荐
电力电子系统是通过功率半导体器件的开关特性及其组合来对电磁能量进行可控变换的，是典型的“连续(电磁能量)-离散(开关事件)”混杂系统。系统中天然存在开关过程能量“突”变行为，极大地挑战能量不能突变原理，该挑战在大容量电力电子系统中尤为突出。近十几年来国内外装置烧毁和系统崩溃事故中，由于“突”变原因引发的故障时有发生，带来了巨大损失和危害。
针对该挑战，赵争鸣教授研究团队在国家自然科学基金重点项目和重大项目等强力资助下，前期首先在电力电子电磁瞬态过程方面做了相关研究工作，取得了一些进展，并于2017年总结出版了专著《电力电子系统电磁瞬态过程》。近十年来，他们在国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项和国家重点研发计划“工业软件”重点专项等项目的支持下，进一步深入对电力电子系统再认知，聚焦于电力电子混杂系统动力学表征和控制理论研究，结合对电力电子建模仿真方法的探索和大功率多端口电力电子变压器的研制，在电力电子混杂系统多尺度动力学表征方法和能量平衡协同控制技术等方面有了更深入和具体的研究成果。
该专著即是这些成果的集中体现：围绕混杂系统特色，著作对电力电子系统的认知和动力学表征进行了扎实的理论工作；理论紧密联系实际：数十年的基础理论、 关键技术和实际应用的持续研究攻关，形成了系统的理论技术和应用成果。和其姊妹篇《电力电子系统电磁瞬态过程》一起成为赵争鸣教授近20年来最重要的学术成果，体现了电力电子混杂系统最前沿的研究成果与学术水平。
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