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『簡體書』新能源接入智能电网的逆变控制关键技术

書城自編碼: 2884264
分類: 簡體書→大陸圖書→工業技術電工技術
作者: [美]钟庆昌 [英]托马斯.霍尔尼克 著
國際書號(ISBN): 9787111540106
出版社: 机械工业出版社
出版日期: 2016-08-01
版次: 1 印次: 1
頁數/字數: 373/483000
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:NT$ 743

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編輯推薦:
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 Transon AutomaticControl,IEEE TransPower Electronics,IEEE TransIndustrial Electronics,IEEE TransControl 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111章节安排112电能变换的基本知识4121交直变换4122直直变换12123直交变换17124交交变换2213硬件设计23131隔离24132功率电路24133输出滤波器30134电压和电流检测32135信号处理34136保护35137中央控制器36138测试设备4014风力发电系统41141基本知识41142风力机42143发电机和拓扑结构43144风力机系统的控制4715太阳能发电系统49151太阳能发电简介49152对太阳能电力的处理5016智能电网接入51161电力系统的运行模式51162智能电网简介52163智能电网接入的要求54第2章基础知识5721电能质量问题57211简介57212电压质量的恶化机理59213逆变器输出阻抗的作用5922重复控制60221基本原理60222内部模型的极点61223内部模型延迟时间的选择6223参考坐标系63231自然(abc)坐标系63232静止参考(αβ)坐标系65233同步旋转参考dq坐标系67234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7431系统描述7432控制器设计75321控制对象P的状态空间模型75322转化为标准H∞问题77323系统稳定性的验证7833设计实例7934实验结果80341同步过程80342稳态性能80343动态性能(空载)8235小结83第4章电压和电流H∞重复控制8441系统描述8442逆变器的建模8543控制器设计87431H∞控制问题的描述87432广义对象的实现88433Tew的状态空间实现89434Tba的状态空间实现9044设计实例9145仿真结果92451标称响应93452变负载时的响应94453对电网电压畸变的响应9546小结97ⅩⅦⅩⅧ第5章具有频率自适应的电压H∞重复控制9851系统描述9852控制器设计98521控制对象P的状态空间模型99522频率自适应内部模型M 101523标准H∞问题描述101524系统稳定性验证10353设计实例10554实验结果106541离网模式下的稳态性能106542并网模式下的稳态性能107543动态性能(无本地负载)110544电网频率波动时的响应11055小结114第6章级联型电流-电压H∞重复控制11561微电网的工作模式11562控制策略11663电压控制器的设计118631对象Pu的状态空间模型118632标准H∞问题的描述11964电流控制器的设计120641对象Pi的状态空间模型121642标准H∞问题的描述12165设计实例122651H∞电压控制器的设计122652H∞电流控制器的设计12366实验结果123661离网模式下的稳态性能123662并网模式下的稳态性能124663动态性能128664工作模式的无缝切换13067小结133第7章逆变器输出阻抗的控制13471具有感性输出阻抗的逆变器(L型逆变器)13472具有阻性输出阻抗的逆变器(R型逆变器)135721控制器设计135722稳定性分析13673具有容性输出阻抗的逆变器(C型逆变器)13774改善输出电压THD的C型逆变器设计137741普通情况137742特殊情况Ⅰ:最小化3次和5次谐波分量139743特殊情况Ⅱ:最小化3次谐波分量140744特殊情况Ⅲ:最小化5次谐波分量14075R型、L型和C型逆变器的仿真结果141751滤波电感取L=235mH的情况141752滤波电感取L=025mH的情况14276R型、L型和C型逆变器的实验结果144761滤波电感取L=235mH的情况144762滤波电感取L=025mH的情况14577滤波电容的影响14678小结146第8章谐波电流旁路法14781控制器的设计14782控制器的物理解释14983稳定性分析150831忽略采样效应150832考虑采样效应15284实验结果15285小结153第9章牵引电力系统中的电能质量问题15491简介15492拓扑结构描述15693负序电流、无功和谐波电流的补偿157931补偿前的电网侧电流157932有功补偿和无功补偿157933谐波电流补偿160934直流母线电压的调节160935补偿策略的实现16094特例:cosθ=116195仿真结果163951当cosθ≠1时164952当cosθ=1时165ⅩⅨⅩⅩ96小结165第2部分中线的提供第10章中线桥臂的拓扑结构168101简介168102裂相直流母线169103传统的中线桥臂170104独立控制的中线桥臂170105小结171第11章中线桥臂的经典控制172111数学建模172112控制器设计1741121电流控制器Ki的设计1741122电压控制器Kv的设计175113性能分析177114元器件的选择1791141电容CN1791142电感LN179115仿真结果1801151iN=0时180115250Hz中线电流时1811153150Hz中线电流时1811154直流中线电流时181116小结182第12章中线桥臂的H∞电压-电流控制184121数学模型184122控制器的设计1861221P的状态空间实现1871222闭环传递函数的状态空间实现189123加权函数的选择190124设计实例191125仿真结果192126小结193第13章中线桥臂的并联PI电压-H∞电流控制194131中线桥臂的描述194132H∞电流控制器的设计1951321控制器介绍1951322标准H∞问题的描述1961323对象P的状态空间实现1971324广义对象P~的状态空间实现1971325设计实例198133附加的电压控制环200134实验结果2011341稳态性能2011342中线电流变化的动态性能202135小结206第14章中线在单三相变换器中的应用207141简介207142单三相变换器的拓扑结构210143基本原理分析211144控制器的设计2131441同步单元2131442整流桥臂的控制2131443中线桥臂的控制2151444逆变桥臂的控制216145仿真结果2171451三相平衡线性负载2181452三相不平衡非线性负载218146小结221第3部分功率控制第15章电流比例积分控制224151系统结构2241511在同步旋转dq参考坐标系中2241512自然abc坐标系中的等效结构225152控制器的实现226153实验结果2261531稳态性能2271532动态性能229154小结231第16章电流比例谐振控制232161比例谐振控制器232162系统的结构2321621在静止参考αβ坐标系中2321622abc坐标系中的等效控制器233163控制器的设计2341631对象模型2341632设计实例235164实验结果2371641稳态性能2371642动态性能239165小结241ⅩⅪⅩⅫ第17章电流无差拍预测控制242171系统结构242172控制器的设计242173实验结果2441731稳态性能2441732动态性能246174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)248181同步发电机的数学模型2481811电气部分2491812机械部分2501813有中线时的情况251182同步逆变器的实现2521821功率部分2521822电子部分253183同步逆变器的运行2541831有功功率调节和频率下垂控制2541832无功功率调节和电压下垂控制255184仿真结果2571841不同电网频率时的情况2571842不同负载时的情况259185实验结果2591851功率控制的性能2591852离网模式下的负载特性2601853并网模式下的负载特性262186小结265第19章逆变器的并联运行266191简介266192问题描述268193向电压源输送功率268194传统的下垂控制方法2691941对于R型逆变器2691942对于L型逆变器2701943对于C型逆变器2701944R型逆变器的实验结果271195传统下垂控制的固有局限性2731951有功功率的分配2741952无功功率的分配275196R型逆变器的鲁棒下垂控制2761961控制策略2761962由电压测量误差引起的功率分配误差2771963电压的调节2781964全局设定值的E*和ω*偏差所引起的误差2791965实验结果280197C型逆变器的鲁棒下垂控制器2861971控制策略2861972仿真结果2871973实验结果290198L型逆变器的鲁棒下垂控制器2921981控制策略2921982仿真结果2931983实验结果294199小结299第20章提高电压质量的鲁棒下垂控制300201控制策略300202实验结果30120211∶1功率分配30220222∶1功率分配304203小结310第21章谐波下垂控制器311211逆变系统的模型311212向电流源输送功率313213减小输出电压的谐波314214仿真结果315215实验结果318216小结320第4部分同步技术第22章常规同步技术324221简介324ⅩⅩⅢ222过零点法325223基本锁相环PLL325224同步旋转参考坐标系锁相环(SRF-PLL)326225二阶广义积分型锁相环SOGI-PLL328226正弦跟踪算法STA329227SOGI-PLL和STA的仿真结果3312271输入为频率可变有噪声且失真的信号3312272输入为含噪声的失真方波信号333228SOGI-PLL及STA的实验结果3332281输入为电网电压3332282输入为频率可变有噪声且失真的信号3332283输入为含噪声的失真方波信号337229小结338第23章正弦波锁定器339231并网的单相同步电机339232正弦波锁定器的结构339233频率和相位的跟踪341234电压幅值的跟踪342235参数整定342236等效结构343237仿真结果3432371输入为频率可变有噪声且失真的信号3442372输入为含噪声的失真方波信号344238实验结果3472381输入为电网电压信号3472382输入为频率可变有噪声的信号3472383输入为含噪声的失真方波信号347239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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