随着科学技术的发展,电力电子技术与其他学科的交叉和融合越来越深入,从事电力电子方面的研究人员往往需要具有多个学科的理论基础,本书正是适应这样的需求而编写的。本书内容涉及电力电子技术、电力系统、电能质量和可再生能源系统等多元化主题的数学分析和建模仿真技术,不但包括电路分析、电力电子系统建模、DC/DC变换器和逆变器的控制、电能质量、能量转换等基础知识和基本概念,还包括数据处理、测量仪器和传感器技术、仿真建模技术和DSP硬件实现等相关技术的介绍。本书的撰写采用基于问题导向的学习方法,在每一章中都会先进行理论背景介绍,然后描述所要解决的问题以及要实现的目标,辅以案例或具体的实验内容来详细分析和说明,并给出了具体的解决方案和程序模型,便于读者更好地理解和掌握各章的内容。
样章试读
目录
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译者序
序
前言
1电气工程仿真介绍1
1.1基于状态空间建模的基本原理3
1.2电气网络建模实例4
1.3传递函数7
1.4能源系统和电力电子的建模与仿真10
1.5思考题14
补充阅读材料18
2使用网孔分析法和节点分析法分析电路20
2.1引言20
2.2矩阵方程的解20
2.3实验:使用网孔分析法和节点分析法分析电路21
2.4思考题28参考文献30补充阅读材料30
3用方框图对电路进行建模与分析32
3.1引言32
3.2实验:暂态响应研究和基于拉氏变换的方框图仿真分析33
3.3与相量稳态分析法的比较38
3.4戴维南等效电路40
3.5思考题41补充阅读材料43
4电力电子:面向电路的仿真45
4.1引言45
4.2案例研究:半波整流器49
4.3实验:基于PSIM和MATLAB的Simscape Power Systems工具箱进行电路的仿真研究53
4.4思考题59
补充阅读材料60
5电力电子控制系统设计62
5.1引言62
5.1.1控制系统设计63
5.1.2比例-积分闭环控制65
5.2实验:DC/DC Boost变换器的控制器设计66
5.2.1理想Boost变换器66
5.2.2Boost变换器的小信号模型和传递函数的推导67
5.2.3误差补偿放大器的传递函数69
5.3典型Ⅲ型误差补偿放大器设计71
5.3.1K因子法71
5.3.2典型Ⅲ型放大器的零极点配置72
5.4控制器设计72
5.5Boost变换器的PSIM仿真研究74
5.6Boost变换器的平均模型75
5.7Boost变换器完整电路78
5.8实验:基于MATLAB的直流电动机离散控制系统设计80
5.9思考题85
参考文献88
补充阅读材料88
6能源系统与电力电子系统中的测量仪表和控制接口89
6.1引言89
6.2无源电子传感器90
6.2.1电阻式传感器90
6.2.2电容式传感器91
6.2.3电感式传感器93
6.3电力系统和测量仪表中传递计算数据的接口94
6.4用于数据采集和电力系统驱动的运算放大器95
6.4.1电平检测器或比较器95
6.4.2用于仪表和控制的标准差动放大器96
6.4.3光电隔离放大器97
6.4.4带浮地负载的单输入V-I转换器98
6.4.5施密特触发器99
6.4.6压控振荡器99
6.4.7移相放大器100
6.4.8精密二极管、精密整流器和绝对值放大器101
6.4.9带低值电阻的高增益放大器103
6.4.10乙类反馈推挽放大器103
6.4.11三角波发生器104
6.4.12正弦脉宽调制105
6.5实验:设计一个带有误差放大器的PWM控制器106
6.6思考题106参考文献111
7电机建模112
7.1引言112
7.2连接电网的线性感应电机等效电路112
7.3连接电网的线性感应电机PSIM模块114
7.4连接电网的饱和感应电机PSIM模型115
7.5连接电网的双馈感应电机117
7.6直流电动机驱动自励感应发电机运行119
7.7永磁同步电机(PMSM)建模120
7.8饱和变压器建模122
7.9实验:由三种电源——正弦波、方波和SPWM波供电的单相非理想变压器的暂态响应123
7.10思考题131
参考文献132
补充阅读材料132
8独立和并网逆变器133
8.1引言133
8.2恒流控制135
8.3恒P-Q控制136
8.4恒P-V控制137
8.5IEEE1547标准和相关控制137
8.6静止坐标系下的比例谐振控制140
8.7实现电网同步的锁相环141
8.8实验:并网/独立逆变器的仿真142
8.9思考题150
参考文献151
补充阅读材料152
9可替代能源建模154
9.1可替代能源发电系统的电气建模154
9.2光伏发电系统建模154
9.3感应发电机(IG)建模156
9.4SEIG风力发电系统建模157
9.5DFIG风力发电系统建模158
9.6PMSG风力发电系统建模158
9.7燃料电池堆建模160
9.8铅酸蓄电池组建模164
9.9集成发电系统建模167
9.10思考题171
参考文献172
10电能质量分析174
10.1引言174
10.2傅里叶级数176
10.3用于电气信号谐波评估的离散傅里叶变换181
10.4畸变情况下的功率因数计算184
10.5实验:MATLAB中基于DFT的电能评估函数设计186
10.6思考题192
参考文献193
补充阅读材料193
11从PSIM仿真到DSP硬件实现195
11.1引言195
11.2PSIM概述195
11.3从模拟控制到数字控制197
11.4PSIM中的自动代码生成203
11.4.1TIF 28335 DSP外设模块204
11.4.2添加DSP外设模块207
11.4.3定义用于实时监控和调试的SCI模块209
11.5使用PSIM进行PIL仿真214
11.6结论215
参考文献215
补充阅读材料216
12应用于电力电子技术的数字处理技术217
12.1引言217
12.2基本数字处理技术217
12.2.1瞬时和离散信号计算217
12.2.2微积分值计算218
12.2.3移动平均滤波器MAF219
12.2.4实验:有功电流计算223
12.3基波分量识别223
12.3.1IIR滤波器224
12.3.2FIR滤波器226
12.3.3实验:THD计算227
12.4Fortescue相序分量识别229
12.4.1使用IIR滤波器识别相序分量231
12.4.2使用DCT滤波器识别相序分量232
12.4.3实验:负序和零序因子的计算232
12.5自然参考坐标系锁相环235
12.5.1单相锁相环235
12.5.2三相锁相环236
12.5.3实验:单相PLL系统的实现237
12.5.4实验:基于PLL的基波检测器239
12.6MPPT技术241
12.6.1扰动观测法242
12.6.2增量电导法242
12.6.3β参数法243
12.6.4实验:增量电导法的实现245
12.7孤岛检测246
12.8实验:基于标准IEEE 1547的被动孤岛检测247
12.9思考题249
参考文献251