Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Strzelecki, Ryszard (EDT)/ Benysek, Grzegorz (EDT)

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:

价格:1387.00 元

装帧:

isbn号码:9781848003170

丛书系列:

图书标签:

• 电力电子
• 智能电网
• 可再生能源
• 电力系统
• 电力转换
• 微电网
• 储能
• 电力质量
• 控制系统
• 新能源

智能电气能源网络中的电力电子技术 本书聚焦于现代电力系统中关键的互连技术与系统集成挑战，深度剖析了在智能电网、可再生能源并网、电动汽车充电基础设施以及高能效电力转换系统等前沿领域中，电力电子技术所扮演的核心角色。 本著作旨在为电气工程、电力系统自动化、能源科学及相关领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且深入的技术参考框架。它不仅仅是关于器件或拓扑结构的罗列，而是侧重于如何利用先进的电力电子技术，解决当前能源转型过程中所面临的复杂系统级问题，例如电能质量、并网稳定性、双向能量流动管理以及网络韧性提升。 全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到实际应用的广阔范围。我们将首先建立起一个坚实的理论基础，涵盖高频开关技术、先进的功率半导体器件特性（如 SiC 和 GaN），以及脉冲宽度调制（PWM）的最新发展。随后，焦点将迅速转移到系统层面的集成与控制策略。 第一部分：电力电子在智能电网中的核心应用与挑战 本部分详尽阐述了电力电子接口如何在传统电网向现代化、数字化智能电网演进的过程中发挥支柱作用。 1.1 可再生能源并网与高级接口技术 当前能源结构正经历从集中式到分布式发电的深刻变革。本书详细分析了光伏（PV）逆变器和风力发电机组（DFIGs 或全功率变流器系统）的并网控制策略。重点探讨了如何通过先进的控制算法（如虚拟同步机 VSM、下垂控制 Droop Control）实现对电网频率和电压的有效支撑，尤其是在高渗透率可再生能源情景下，如何应对惯量缺失和暂态稳定性下降的问题。我们深入研究了多层级控制架构，从电网级到单个并网点（PCC）的协调优化，确保不同时间尺度下的系统安全运行。 1.2 柔性直流输电（HVDC）系统的演进 现代电力传输面临长距离、大容量以及跨区域互联的需求。本书对基于电压源换流器（VSC-HVDC）技术的系统进行了深入剖析。我们不仅讨论了 VSC 的拓扑结构选择（如两电平、NPC、MMC），更重要的是，分析了多端柔性直流电网的拓扑设计、故障穿越能力、直流潮流控制与继电保护机制。特别关注了在多馈入、多馈出系统中，如何实现系统级的直流电压维持与功率分配的鲁棒性控制。 1.3 电动汽车（EV）与电网的集成（V2G/V2H） 电动汽车不仅仅是负载，它们是分布式的、可调度的储能资源。本书详细分析了车载充电机（OBC）、直流快充桩以及双向车网接口（V2G）所涉及的电力电子技术。内容涵盖了先进的电荷平衡策略、无功功率补偿能力，以及如何设计能够适应电网波动和优化电费结构的智能充电管理系统。对电网侧接入点的谐波抑制和电能质量影响进行了量化分析与缓解措施的探讨。 第二部分：高级控制、保护与系统集成 系统的可靠性与适应性依赖于先进的控制与保护架构。本部分将电力电子设备视为复杂的动态系统进行建模和控制。 2.1 高性能控制策略与数字化 电力电子转换器需要快速、精确的控制以应对电网扰动。本书详细介绍了基于实时数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵（FPGA）的高速控制技术。内容涵盖了先进的无源/有源谐波滤波技术、交错式并联逆变器的均流控制，以及预测控制（Model Predictive Control, MPC）在优化开关操作和实现快速动态响应中的应用。此外，也探讨了利用先进传感器技术和数据分析来增强控制闭环的鲁棒性。 2.2 电力电子设备的故障检测与保护 随着电力电子设备在关键基础设施中渗透率的提高，故障穿越能力（Fault Ride-Through, FRT）和快速隔离变得至关重要。本章系统地介绍了针对逆变器故障、直流短路和交流侧不平衡故障的保护策略。探讨了光耦隔离驱动电路的抗干扰设计、过流保护的瞬态响应优化，以及如何设计高可靠性的孤岛检测与快速并网/离网切换机制。 2.3 网络韧性与分散式能源资源（DER）的协调 智能电网的韧性要求系统在遭受自然灾害或网络攻击后能够快速自愈。本书分析了微电网（Microgrids）的构建与运行模式，特别是其与主网的互联与孤岛运行切换逻辑。重点讨论了利用电力电子接口实现能源管理系统（EMS）与分布式储能（ESS）的协同优化，以提升局域供电的可靠性，并探讨了如何利用基于代理（Agent-based）的分布式控制算法实现 DER 之间无需中央协调的功率共享与电压支持。 第三部分：电力电子器件与封装的最新进展 电力电子系统的性能极限越来越受制于功率半导体器件的物理特性。 3.1 宽禁带（WBG）半导体器件的应用潜力 本书深入剖析了碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）器件在提升电力电子系统效率和功率密度方面的巨大优势。对比分析了这些器件在不同频率和温度条件下的损耗模型、热管理挑战以及可靠性问题。针对高频开关应用，详细讨论了栅极驱动电路的设计，以避免器件的二次击穿和寄生振荡。 3.2 散热技术与高密度封装 在高功率密度应用中，热管理是制约系统寿命和性能的关键因素。本章探讨了先进的冷却技术，包括直接液体冷却、热界面材料（TIMs）的选择，以及如何设计集成化的热电管理系统。此外，还考察了模块化、集成化封装技术（如模块化多电平变流器 MMC 的集成设计），以减少寄生电感和电容，从而提升系统的整体性能和制造的可重复性。 总结而言，本书提供了一套将理论分析、系统建模与前沿工程实践相结合的方法论，为读者构建一个理解和驾驭未来能源基础设施中电力电子核心技术的知识体系。

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