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《——理論、設計與試驗方法》

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內容簡介

　　無功補償是提高輸、配電係統電能質量的有效途徑，龐大的電力係統可藉助遠程通信方式實現工業園區、樞紐變電站、地區，乃至全省的無功優化調度和控製。本著通俗易懂、循序漸進的原則，本書除瞭介紹常規的並聯型和串聯型無功補償的理論和控製外，還詳細闡述瞭怎樣通過無功補償對三相不對稱係統實現平衡補償的理論和方法；推導並分析瞭各類電力濾波器的基本計算公式，以及實現濾波的控製。利用有載調壓對無功的影響，書中專門介紹瞭變壓器有載調壓中的電壓調節器和相位調節器、自動電壓控製（AVC）係統，以及電壓無功控製（VQC）等。考慮到磁控電抗器（MCR）和靜止同步補償器也逐漸融入到無功補償的行列之中，並逐漸成為高電壓等級無功補償的重要形式，本書對它們的構成、實現原理，以及有關特性也進行瞭詳細分析和計算說明。此外，書中還介紹瞭RTU、DTU、FTU、TTU等智能終端的概念及其在遠程無功補償控製中的作用。

　　本書特彆注重應用算例與有關概念的有效聯係，文字精煉、物理概念清晰、理論推導嚴密、前後邏輯對應，這幾點始終貫穿於本書的所有章節。本書可作為電氣工程類各專業工程技術人員和研究人員的參考書，對具體從事無功補償的設計人員和電力係統的從業人員也有很高的參考價值，同時也能作為高年級本科生、研究生和電氣工程專業教師的基礎用書。

目錄

電力電子新技術係列圖書序言
前言

第1章無功補償的基本概念1
1.1什麼是無功功率1
1.2為什麼要進行無功補償2
1.3傳輸綫路的等效模型4
1.3.1架空綫等效模型參數計算4
1.3.2電纜傳輸綫等效模型參數
計算11
1.4無功功率的計算23
1.4.1係統分析中的幾個概念23
1.4.2係統分析的模型等效24
1.4.3無功計算的基本方法25
1.4.4復雜係統的無功補償32
1.5輸電網互聯的潮流及其穩定性
概念34
1.5.1電網互聯的簡化模型35
1.5.2傳輸綫的潮流計算36
1.5.3穩定性的基本概念38
1.6常用無功補償設備40
1.6.1固定電容40
1.6.2機械鏇轉類無功補償40
1.6.3靜止類無功補償器44
1.6.4復閤類無功補償器47
1.7晶閘管觸發的可靠性48
1.8無功補償發展的特點52
1.8.1多功能化53
1.8.2集成化54
1.8.3綜閤化56
1.8.4自愈性56
1.8.5智能終端58
1.8.6網絡化62
1.8.7發展趨勢67
復習思考題72

第2章並聯型無功補償75
2.1並聯補償的現狀及其說明76
2.2並聯補償器的基本原理78
2.2.1傳輸綫中點的無功補償79
2.2.2綫路終端電壓的支撐84
2.2.3配電綫路輕載條件下的
無功補償90
2.3靜止同步補償器95
2.3.1STATCOM簡介96
2.3.2STATCOM的基本工作
原理98
2.3.3STATCOM的損耗和
諧波104
2.3.4基本控製方法106
2.4磁控電抗器112
2.4.1基本概念114
2.4.2磁控電抗器的基本原理和
結構115
2.4.3裂心磁路的磁特性118
2.4.4繞組的換流123
2.4.5磁閥式電抗器的電磁
關係128
2.4.6基於神經網絡的偏磁特性
擬閤方法134
2.4.7MCR的控製144
2.5晶閘管控製電抗器與晶閘管
投切電抗器146
2.5.1晶閘管控製和晶閘管投切
電抗器（TCR和TSR）146
2.5.2TCR的等效電抗149
2.5.3TCR的諧波150
2.5.4TCR與MCR的比較156
2.6晶閘管投切電容160
2.6.1晶閘管投切電容的一般
發展概況160
2.6.2單相TSC的工作特性162
2.6.3三相TSC的投切原理167
2.6.4TSC的U�睮特性170
2.7復閤型無功補償係統171
2.7.1固定電容器與MCR或TCR
構成的無功補償器172
2.7.2TSC與TCR組成的復閤型
無功補償器177
2.7.3STATCOM與TSC和TCR
構成的無功補償係統183
2.7.4無功補償器的基本特性185
2.7.5混閤補償器的優點186
2.8靜止無功係統187
復習思考題188

第3章串聯補償192
3.1串聯補償的目的192
3.1.1串聯電容補償的概念193
3.1.2電壓穩定性194
3.1.3暫態穩定性的改善195
3.1.4功率振蕩的阻尼196
3.1.5次同步振蕩的阻尼198
3.1.6串聯補償的功能及要求198
3.1.7可控串聯補償的實現
方法199
3.2可變阻抗型串聯補償器200
3.2.1門極關斷晶閘管控製的
串聯電容200
3.2.2晶閘管投切串聯電容207
3.2.3晶閘管控製串聯電容209
3.2.4次同步特性217
3.2.5GCSC、TSSC和TCSC的
基本運行控製220
3.3開關型變流器構成的串聯
補償器223
3.3.1靜止同步串聯補償器224
3.3.2SSSC的傳輸特性225
3.3.3控製範圍與額定容量228
3.3.4提供有功補償的能力229
3.3.5次同步諧振的消除233
3.3.6SSSC的內部控製235
3.4串聯無功補償器的外環控製
係統238
3.5SSSC的性能和特徵歸納240
復習思考題241

第4章電力濾波器及其無功
補償248
4.1諧波及其衡量標準248
4.1.1什麼是諧波248
4.1.2諧波限製及其相關標準251
4.1.3相關的基本概念254
4.2抑製諧波的基本原理260
4.2.1濾波器的分類260
4.2.2電力濾波器的基本概念261
4.2.3電力濾波器的控製策略262
4.3無源濾波器及其無功補償266
4.3.1無源濾波器的設計266
4.3.2無源濾波器的無功補償267
4.4並聯型電力有源濾波器269
4.4.1實現並聯有源濾波的
機理270
4.4.2控製原理271
4.4.3APF仿真的數值計算276
4.4.4動態特性的改善281
4.5串聯型電力有源濾波器286
4.5.1串聯濾波的基本概念286
4.5.2串聯濾波的基本原理289
4.6並聯混閤型濾波器290
4.6.1SHF的一般設計方法290
4.6.2控製係統的描述292
4.6.3性能優化的進一步考慮296
4.7諧波損耗297
4.7.1諧波損耗的計算297
4.7.2附加諧波損耗304
復習思考題309

第5章不對稱係統的平衡
補償312
5.1不對稱係統的一般概念312
5.2不對稱係統的電抗型平衡補償
模型318
5.2.1三相四綫製的不對稱平衡
補償319
5.2.2三相三綫製不對稱係統的
平衡補償325
5.2.3平衡補償的一般性模型335
5.2.4平衡補償的數值逼近
計算法341
5.2.5平衡補償控製的PQ計算
模型348
5.2.6平衡補償控製係統349
5.3串聯型平衡補償352
5.4不對稱係統的UPFC平衡
補償356
5.4.1UPFC實現平衡補償的
原理357
5.4.2變流器的交直流運行
特性359
5.4.3基於完整的UPFC平衡
補償控製367
5.5不對稱係統的附加損耗369
5.5.1不對稱係統附加損耗的
相關概念369
5.5.2附加損耗計算371
5.5.3應用舉例372
復習思考題373

第6章變壓器的調壓與相移375
6.1靜止電壓、相角調節器的
作用376
6.1.1電壓和相角調節器的相關
概念376
6.1.2相角調節器對潮流控製的
影響378
6.1.3有功和無功環路潮流的
控製381
6.1.4利用相角調節器改善暫態
穩定性383
6.1.5相角調節器對功率振蕩的
阻尼384
6.1.6相角調節器的功能要求385
6.2晶閘管控製的電壓和相角
調節器385
6.2.1連續型可控晶閘管控製的
抽頭調節器388
6.2.2離散電壓等級的晶閘管
抽頭調節器394
6.2.3晶閘管抽頭調節器中
開關閥額定值的考慮396
6.3開關型電壓和相角調節器397
6.4混閤型相角調節器399
復習思考題400

第7章區域電網的無功補償404
7.1電網互聯的無功補償404
7.1.1區域無功補償的特點404
7.1.2無功補償與區域電網控製
之間的相關概念406
7.1.3區域電網的基本控製
目標409
7.1.4區域無功補償的發展
趨勢411
7.2VQC的基本理論414
7.2.1電網的潮流計算414
7.2.2電壓穩定性417
7.2.3區域無功優化的約束
條件419
7.2.4輻射網絡補償特性420
7.3VQC的控製策略422
7.3.1VQC的一般控製方法422
7.3.2九區圖控製425
7.3.3改進的九區圖控製428
7.3.4VQC的控製目標433
7.3.5綜閤設計的基本原則434
7.4基於模糊控製的變電站電壓
無功綜閤控製439
7.4.1模糊控製係統概述439
7.4.2變電站電壓無功綜閤控製
策略441
7.4.3基於模糊控製的電壓無功
綜閤控製443
7.5自動電壓控製係統445
7.5.1AVC的基本架構446
7.5.2AVC的控製模式447
7.5.3三級控製策略447
7.5.4全網電力係統控製的
發展449
復習思考題449

參考文獻452

第1章異步電機控製概述1
1.1引言1
1.2電力電子技術的發展3
1.2.1電力電子器件及其發展3
1.2.2電動機控製用功率變換器5
1.2.3PWM技術及發展7
1.3微處理器的發展10
1.4電機控製理論的發展11
1.4.1經典電機控製方法11
1.4.2現代控製理論在電機控製中
的應用13
1.4.3電機參數辨識18
1.4.4電機速度和磁鏈觀測20
1.5本書內容24
參考文獻25

第2章異步電機數學模型34
2.1三相靜止坐標係下的電機模型34
2.2參照係理論39
2.2.1引言39
2.2.2靜止參照係和任意參照係
之間的變換關係39
2.2.3常用參照係與不同參照係
之間的變換41
2.3任意參照係下的電機模型43
2.3.1兩相靜止坐標係下的電機
模型43
2.3.2兩相同步坐標係下的電機
模型45
2.3.3狀態方程描述46
2.4小結50
參考文獻50

第3章異步電機驅動用電力電子
變換器及調製技術51
3.1概述51
3.2兩電平電壓型逆變器及調製
技術51
3.2.1兩電平拓撲及工作原理51
3.2.2空間矢量調製技術54
3.3三電平電壓型逆變器與調製
技術56
3.3.1三電平拓撲和PWM技術56
3.3.2三電平載波PWM技術58
3.3.3三電平SVPWM技術61
3.3.4三電平SHEPWM技術66
3.4基於同步優化脈衝調製的閉環
控製技術86
3.5小結87
參考文獻87

第4章異步電機參數自整定92
4.1引言92
4.2電機參數離綫辨識93
4.2.1電機鏇轉下的參數辨識93
4.2.2電機靜止下的參數辨識96
4.2.3基於遞推最小二乘法的參數
辨識99
4.3電機參數在綫辨識110
4.3.1異步電機參數在綫辨識數學
模型110
4.3.2帶電壓補償的相電壓
估算112
4.3.3仿真結果115
4.3.4實驗結果116
4.4小結119
參考文獻120

第5章異步電機矢量控製122
5.1矢量控製基本原理122
5.2電壓解耦控製器125
5.3矢量控製調節器129
5.3.1PI調節器129
5.3.2滑模控製調節器135
5.3.3模糊控製調節器141
5.3.4實驗結果與對比145
5.4小結150
參考文獻150

第6章無速度傳感器技術152
6.1開環反電動勢校正法152
6.2閉環速度自適應磁鏈觀測器159
6.2.1龍貝格觀測器160
6.2.2滑模觀測器169
6.2.3擴展卡爾曼濾波觀測器174
6.3閉環觀測器綜閤比較181
6.3.1三種觀測器之間的聯係和
區彆181
6.3.2三種觀測器的性能比較182
6.4小結183
參考文獻184

第7章三電平高性能異步電機
無速度傳感器控製185
7.1三電平逆變器——異步電機控製
綜述185
7.2基於觀測器的無速度傳感器矢量
控製187
7.2.1基本原理187
7.2.2實驗結果188
7.3DTC技術綜述199
7.4優化矢量錶三電平DTC及其無
速度傳感器運行200
7.4.1DTC基本原理200
7.4.2矢量選擇和切換202
7.4.3仿真結果203
7.4.4實驗結果206
7.5離散空間矢量調製DTC及其無
速度傳感器運行208
7.5.1基本原理208
7.5.2矢量切換209
7.5.3仿真結果210
7.5.4實驗結果212
7.6固定開關頻率SVM�睤TC及其無
速度傳感器運行215
7.6.1基本原理215
7.6.2基於FLC和SMC的新型
SVM�睤TC215
7.6.3仿真結果216
7.6.4實驗結果218
7.7間接轉矩控製及其無速度傳感器
運行222
7.7.1基本原理222
7.7.2仿真結果223
7.7.3實驗結果226
7.8無速度傳感器高性能電機閉環
控製策略分析和比較228
7.8.1原理分析和比較228
7.8.2低速性能和動態性能實驗
結果比較230
7.8.3各種閉環控製總結230
7.9小結230
參考文獻231

第8章異步電機高性能變頻器的
研製及應用234
8.1無速度傳感器通用變頻器
研製234
8.1.1控製係統設計234
8.1.2電機起動電流抑製237
8.1.3死區補償237
8.1.4無速度傳感器閉環運行239
8.2高性能高效率洗衣機變頻器
研製242
8.2.1變頻驅動器硬件設計242
8.2.2變頻驅動器軟件設計244
8.2.3實驗和測試結果250
8.3小結256
參考文獻256
第1章緒論1
1.1多電平變換器的研究背景1
1.2多電平變換器拓撲結構3
1.2.1傳統多電平變換器拓撲
結構3
1.2.2新型多電平變換器拓撲
結構9
1.3多電平變換器調製技術19
1.3.1傳統多電平變換器調製
技術19
1.3.2新型多電平變換器調製
技術20
1.4多電平變換器控製技術20
1.5多電平變換器的建模方法21
1.5.1精確的開關模型22
1.5.2簡化的分段開關模型22
1.5.3abc靜止坐標係的時變平均
模型23
1.5.4dq0鏇轉坐標係的時不變
平均模型24
1.5.5dq0鏇轉坐標係的交流小
信號模型24
1.6多電平變換器的工業應用24
1.6.1在大功率交流調速係統中的
應用25
1.6.2在電力係統中的應用28
1.6.3在機車牽引係統、船舶推進
裝置和汽車中的應用29
1.6.4在能源的産生、轉換和傳輸
中的應用33
1.6.5在其他領域中的應用37
1.7本書的研究內容38

第2章級聯型多電平變換器拓撲
結構及原理39
2.1單相H橋結構及工作原理39
2.1.1單相H橋結構39
2.1.2單相H橋工作原理39
2.2移相變壓器結構與原理42
2.2.1簡介42
2.2.2一次繞組為接二次繞組為
延邊三角形的移相變壓器
結構42
2.2.3一次繞組為△接二次繞組為
延邊三角形的移相變壓器
結構45
2.2.4移相變壓器消除諧波電流的
工作原理47
2.3級聯型H橋拓撲結構與工作
原理49
2.3.1級聯型H橋拓撲結構49
2.3.2級聯型H橋工作原理50
2.4本章小結52

第3章多電平變換器PWM調製
策略53
3.1多電平變換器PWM調製策略的
分類53
3.2多電平 SPWM調製策略54
3.2.1SPWM調製策略54
3.2.2載波垂直移相SPWM多電平
調製策略54
3.2.3載波水平移相SPWM多電平
調製策略54
3.2.4多載波SPWM調製策略
諧波分析55
3.2.5多電平 SPWM調製策略
仿真88
3.3本章小結97

第4章級聯型組閤變換器拓撲
結構及調製策略98
4.1概述98
4.2級聯型組閤變換器拓撲結構的
一般形式98
4.2.1基於全橋模塊單元類型自由
度構建基本全橋單元99
4.2.2基於全橋模塊單元電平數和
全橋模塊單元類型兩自由度
相互結閤構建組閤變換器
拓撲結構100
4.2.3基於模塊間直流側電壓的比例
關係這一自由度構建組閤變
換器拓撲結構100
4.2.4基於全橋單元所用開關器件
的選取這一自由度構建組閤
變換器拓撲結構104
4.3級聯型組閤變換器拓撲結構的
組閤調製策略105
4.3.1基於多載波的組閤變換器
調製策略105
4.3.2組閤變換器調製策略的
諧波分析106
4.4組閤變換器調製策略與兩電平變
換器PS調製策略之間的諧波
性能比較109
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