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第1章 简介 1

1.1 电力系统中电力电子变换器的功能和目标 1

1.2 电力电子变换器建模、仿真和控制需求分析 2

1.3 本书内容的涉及范围和结构 3

参考文献 3

第一部分 电力电子变换器建模 5

第2章 电力电子变换器建模简介 5

2.1 模型 5

2.1.1 什么是模型 5

2.1.2 建模的范围 5

2.2 模型的类型 6

2.2.1 开关模型 8

2.2.2 采样数据模型 9

2.2.3 平均模型 10

2.2.4 大信号和小信号模型 10

2.2.5 行为模型 13

2.2.6 示例 14

2.3 模型应用 16

2.3.1 各种模型之间的联系 16

2.3.2 建模和控制之间的联系 16

2.3.3 模型的其他可能用途 16

2.4 本章小结 18

参考文献 18

第3章 开关模型 19

3.1 数学建模 19

3.1.1 通用数学框架 19

3.1.2 双线性形式 21

3.2 建模方法 21

3.2.1 基本假定：状态变量 21

3.2.2 通用算法 22

3.2.3 示例 23

3.3 案例研究：三相电压源型整流器 29

3.4 本章小结 36

思考题 36

参考文献 41

第4章 经典平均模型 42

4.1 本章简介 42

4.2 定义和基础知识 43

4.2.1 滑动平均 43

4.2.2 状态变量平均 44

4.2.3 开关周期平均 44

4.2.4 电力电子电路平均化完整过程 44

4.3 平均方法 45

4.3.1 图形法 45

4.3.2 解析法 46

4.4 平均化误差分析 47

4.4.1 精确采样数据模型 47

4.4.2 精确采样模型和精确平均模型之间的联系 49

4.5 小信号平均模型 51

4.5.1 连续小信号平均模型 51

4.5.2 采样数据小信号模型 52

4.5.3 示例 52

4.6 案例研究：buck-boost变换器 54

4.7 平均模型的优点和局限性 63

思考题 63

参考文献 75

第5章 通用平均模型 77

5.1 本章简介 77

5.2 原理 78

5.2.1 基础知识 78

5.2.2 与一阶分量模型的联系 79

5.2.3 与经典平均模型的联系 80

5.3 示例 80

5.3.1 状态变量实例 81

5.3.2 无源电路实例 81

5.3.3 耦合电路实例 81

5.3.4 开关函数 83

5.4 平均方法 84

5.4.1 解析法 84

5.4.2 图形法 85

5.5 通用平均模型和实际波形之间的联系 86

5.5.1 从通用平均模型中提取时变信号 86

5.5.2 从时变信号中提取通用平均模型 87

5.6 采用通用平均模型表示交流变量中有功和无功分量 89

5.7 案例研究 92

5.7.1 感应加热电流源型逆变器 92

5.7.2 串联谐振变换器 96

5.7.3 通用平均模型的局限性：示例 98

5.7.4 PWM变换器 100

5.8 本章小结 110

思考题 110

附录 115

参考文献 116

第6章 降阶平均模型 118

6.1 本章简介 118

6.2 原理 119

6.3 通用方法 120

6.3.1 交流变量示例：感应加热电流源型逆变器 121

6.3.2 断续导通模式示例：buck-boost变换器 124

6.4 案例研究 127

6.4.1 晶闸管控制电抗器建模 127

6.4.2 DC-DC boost变换器工作在断续导通模式 129

6.5 本章小结 134

思考题 134

参考文献 138

第二部分 电力电子变换器控制 140

第7章 电力电子变换器通用控制理论 140

7.1 电力电子变换器控制目标 140

7.2 电力电子变换器特殊的控制问题 142

7.3 不同控制方法 144

7.4 本章小结 145

参考文献 146

第8章 DC-DC功率变换器线性控制方法 147

8.1 线性化平均模型，控制目标和相关的设计方法 147

8.2 直接输出控制 148

8.2.1 假设和算法设计 148

8.2.2 buck-boost变换器示例 150

8.3 间接输出控制：双环级联控制结构 153

8.3.1 假设和算法设计 154

8.3.2 双向DC-DC变换器示例 157

8.3.3 带有非最小相位行为的DC-DC变换器双环级联控制结构 160

8.4 通过极点配置调整系统动态的变换器控制方法 164

8.4.1 假设和算法设计 164

8.4.2 buck变换器示例 167

8.5 数字控制问题 169

8.5.1 数字控制方法设计 169

8.5.2 光伏应用中boost DC-DC变换器获取数字控制律示例 171

8.6 案例研究 173

8.6.1 用超前-滞后控制实现的boost变换器输出电压直接控制 173

8.6.2 通过极点配置实现的boost变换器输出电压直接控制 177

8.7 本章小结 182

思考题 183

参考文献 188

第9章 DC-AC和AC-DC功率变换器线性控制方法 190

9.1 背景 190

9.2 旋转dq坐标下控制方法 191

9.2.1 单相并网逆变器示例 195

9.3 谐振控制器 199

9.3.1 谐振控制的必要性 199

9.3.2 比例谐振控制的基础 200

9.3.3 设计方法 204

9.3.4 具体实现时的若干问题 209

9.3.5 复合dq静止坐标系中谐振控制器的使用 212

9.3.6 三相并网逆变器示例 213

9.4 全波变换器控制 217

9.5 案例研究：PWM三相并网逆变器dq控制 223

9.5.1 系统建模 223

9.5.2 所采用控制结构的评述 224

9.5.3 内环（电流）控制器设计 225

9.5.4 内环仿真结果 226

9.5.5 外环（电压）控制器设计 228

9.5.6 外环仿真结果 229

9.6 本章小结 231

思考题 232

参考文献 239

第10章 非线性控制数学工具概述 241

10.1 问题和基本概念 241

10.1.1 微分几何要素 241

10.1.2 相对阶数和零动态 243

10.1.3 李雅普诺夫方法 245

10.2 电力电子变换器非线性控制方法概述 246

参考文献 247

第11章 电力电子变换器反馈线性化控制 249

11.1 反馈线性化基础知识 249

11.1.1 问题描述 249

11.1.2 主要结论 249

11.2 电力电子变换器的应用 252

11.2.1 反馈线性化控制律计算 252

11.2.2 实用设计方法 254

11.2.3 示例：boost DC-DC变换器和buck DC-DC变换器 255

11.2.4 参数不确定性处理 258

11.3 案例研究：反激式变换器反馈线性化控制 258

11.3.1 线性反馈设计 259

11.3.2 外环分析 262

11.3.3 不考虑右半平面零点的外环PI设计 262

11.3.4 考虑右半平面零点的外环PI设计 264

11.4 本章小结 266

思考题 267

参考文献 273

第12章 基于能量的电力电子变换器控制方法 274

12.1 基本定义 274

12.2 电力电子变换器稳定控制 275

12.2.1 通用非线性实例 276

12.2.2 线性化实例 277

12.2.3 稳定控制设计方法 278

12.2.4 示例：boost DC-DC变换器稳定控制设计 278

12.3 无源控制方法，动态系统的欧拉-拉格朗日通用表示 285

12.3.1 机械系统欧拉-拉格朗日原型 285

12.3.2 适用于电力电子变换器的欧拉-拉格朗日形式 286

12.3.3 电力电子变换器作为无源动态系统的通用表示 287

12.3.4 欧拉-拉格朗日形式的变换器建模示例 288

12.4 电力电子变换器无源控制 290

12.4.1 理论背景 290

12.4.2 无源控制的局限性 292

12.4.3 参数估计：自适应无源控制 292

12.4.4 无源控制设计算法 292

12.4.5 示例：boost DC-DC变换器无源控制 293

12.5 案例研究：boost DC-DC变换器无源控制 298

12.5.1 基本无源控制设计 299

12.5.2 阻尼注入调整 300

12.5.3 闭环小信号稳定性研究 302

12.5.4 自适应无源控制设计 305

12.5.5 数值仿真结果 306

12.6 本章小结 311

思考题 312

参考文献 317

第13章 电力电子变换器变结构控制 319

13.1 本章简介 319

13.2 滑模曲面 320

13.3 通用理论结论 322

13.3.1 滑模曲面的可达性：横截条件 322

13.3.2 等效控制 324

13.3.3 滑模曲面上的动态 324

13.4 变结构控制设计 325

13.4.1 通用算法 325

13.4.2 应用实例 325

13.4.3 实用设计方法 327

13.5 补充事项 329

13.5.1 时变开关曲面案例 329

13.5.2 开关曲面的选择 330

13.5.3 开关函数的选择 331

13.5.4 开关频率的局限性 332

13.6 案例分析 335

13.6.1 单相boost功率因数校正变换器变结构控制 335

13.6.2 作为MIMO系统的三相整流器变结构控制 342

13.7 本章小结 350

思考题 350

参考文献 359

本书总结 361

参考文献 362