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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