第1章绪论

1.1电力电子系统解析

1.1.1功率半导体器件

1.1.2功率变换电路

1.1.3脉冲控制

1.2电力电子系统综合

1.2.1硬件与软件的统一性

1.2.2能量与信息的互动性

1.2.3线性与非线性的转换性

1.2.4离散与连续的混杂性

1.2.5多时间尺度的协调性

1.3电力电子系统应用

1.3.1柔性交直流输电

1.3.2新能源并网发电中电力电子装置

1.3.3电力牵引

1.4电力电子系统存在的问题

1.4.1对功率开关器件短时间尺度的电磁瞬态过程认识不清

1.4.2瞬态电能变换拓扑结构理想化

1.4.3信号脉冲与能量脉冲差异

1.4.4电磁瞬态过程不明确

第2章电磁瞬态过程及其建模

2.1电力电子系统中的电磁瞬态过程

2.1.1主功率回路电磁瞬态过程

2.1.2驱动回路电磁瞬态过程

2.1.3控制回路电磁瞬态过程

2.2电磁瞬态过程数学模型

2.2.1电磁瞬态过程建模方法

2.2.2主电路电磁瞬态模型

2.2.3元器件电磁瞬态模型

2.2.4驱动电路和控制电路的电磁瞬态模型

2.3时间尺度的差异及其影响

2.3.1典型瞬态回路时间尺度及比较

2.3.2不同时间常数回路电磁变换关系

2.3.3时间常数差异带来的影响

2.3.4电磁变换平衡下的回路参数匹配

2.4电磁脉冲及脉冲序列

2.4.1电磁脉冲及脉冲序列数学描述

2.4.2脉冲及其序列传输和变异

2.4.3时间脉冲序列和脉冲逻辑组合

第3章功率开关器件瞬态特性

3.1功率开关器件的物理机制和器件特性关系

3.1.1物理机制与典型器件特性的关系

3.1.2不同物理机制器件特性差异

3.2变换器中功率开关器件瞬态特性测试

3.2.1单个器件测试的拓扑与控制

3.2.2独立测试平台单个器件瞬态特性

3.2.3变换器中的单个器件瞬态特性

3.3变换器中功率开关器件瞬态特性分析

3.3.1运行中开关特性分析

3.3.2相互影响现象分析

3.4功率开关器件的并联运行

3.4.1关键参数对并联器件瞬态特性影响

3.4.2IGBT并联特性分析

3.4.3IGBT并联实验研究

3.5功率开关器件的串联运行

3.5.1器件串联均压的基本思路

3.5.2IGCT串联

第4章瞬态换流拓扑及其杂散参数

4.1瞬态换流拓扑定义

4.1.1变换器拓扑定义

4.1.2变换器瞬态换流拓扑

4.2复杂主电路杂散参数提取方法

4.2.1提取方法对比

4.2.2PEEC准确性分析

4.2.3复杂结构的参数提取简化处理

4.3基于模块封装IGBT的变换器主电路杂散参数分析

4.3.1杂散参数对变换器中IGBT特性影响

4.3.2IGBT变换器直流母排建模

4.4基于平板压装IGCT的变换器主电路杂散参数分析

4.4.1IGCT三电平变换器主电路母排建模

4.4.2瞬态换流拓扑

4.5杂散参数影响量化分析及其优化

4.5.1模块封装IGBT变换器中的杂散参数影响评估

4.5.2模块封装IGBT变换器母排优化

4.5.3平板压装IGCT变换器中的杂散参数影响评估

4.5.4平板压装IGCT三电平变换器母排优化

第5章基于器件特性的系统安全工作区

5.1系统安全工作区的定义

5.1.1系统安全工作区的基本思想

5.1.2器件安全工作区与系统安全工作区的关系

5.2系统安全工作区的数学模型

5.2.1关键器件、拓扑和控制参数定义

5.2.2数学模型推导

5.2.3基于系统安全工作区设计样例

5.3系统安全工作区的影响因素分析

5.3.1直流母排杂散参数影响

5.3.2控制参数影响

5.3.3外部参数影响

5.3.4温度参数影响

5.3.5器件并联特性影响

5.4基于系统安全工作区的评估与优化设计

5.4.1评估与优化设计流程

5.4.2系列化电力电子变换器设计中的应用

5.4.3基于系统安全工作区变换器评估与保护

第6章电磁瞬态过程的量测/观测分析

6.1采样系统的结构、组成和功能

6.2采样系统中功率量和信号量的差异

6.3采样延迟和误差对控制性能的影响

6.3.1频域分析

6.3.2时域分析

6.4抑制采样延迟和误差设计

6.4.1硬件设计

6.4.2软件设计

6.4.3采样系统优化设计的效果

第7章主电路电磁脉冲及其序列

7.1电力电子系统中各类脉冲及其序列的数学描述

7.1.1各类脉冲的区别及演化过程

7.1.2能量脉冲数学描述

7.1.3信号脉冲数学描述

7.1.4能量脉冲序列数学描述

7.1.5信号脉冲序列数学描述

7.2脉冲形态变化的影响及解决方法

7.2.1死区影响及最小脉宽设计方法

7.2.2最小脉宽影响及解决方法

7.2.3离散误差及其补偿方法

7.3脉冲时序变化的影响及解决方法

7.3.1脉冲延迟对控制性能的影响

7.3.2脉冲延迟的补偿方法

第8章高性能闭环控制及其限制

8.1闭环控制系统结构与限制

8.1.1闭环控制系统的结构

8.1.2传统控制方法的限制

8.2控制策略造成的无效脉冲的影响及解决方法

8.2.1控制耦合产生的无效脉冲

8.2.2控制器饱和产生的无效脉冲

8.2.3变换器特殊运行状态中产生的无效脉冲

8.3短时间尺度主动控制方法

8.3.1主电路电磁脉冲的控制方法分类

8.3.2主电路电磁脉冲的主动控制方法

8.3.3主动控制方法的效果

8.3.4主动控制方法与主电路集成技术

8.3.5分布式主动控制方法的效果

第9章瞬态过程中的电磁能量平衡

9.1电磁能量平衡及建模

9.1.1瞬态电磁能量平衡关系

9.1.2基于瞬态能量平衡的控制建模

9.2基于瞬态能量平衡的控制

9.2.1传统电压控制策略性能分析

9.2.2基于瞬态能量平衡的控制策略

9.3背靠背变换器能量平衡控制

9.3.1双PWM变频器系统的能量平衡模型

9.3.2双PWM变频器母线电容能量波动过程分析

9.3.3基于分步补偿的能量平衡控制策略

9.3.4基于能量平衡控制策略的母线电压波动

最小化设计方法

9.4电磁能量平衡控制分析

9.4.1控制系统小信号模型

9.4.2系统稳定性分析

9.4.3系统动态性能分析

9.4.4系统稳态误差分析

9.4.5仿真与实验结果分析

第10章变换系统中电磁瞬态分析的应用

10.1高压IGBT串联变换器电磁瞬态分析

10.1.1适用于高压IGBT串联的瞬态机理模型

10.1.2串联IGBT瞬态行为分析

10.1.3拖尾阶段的瞬态特性

10.2基于SiC器件的高频变换器

10.2.1开关瞬态过程分析与建模

10.2.2高频变换器电磁瞬态过程分析

10.3结语

参考文献

本书系统地论述了电力电子系统瞬态过程的理论分析和实际应用。全书内容分为10章。第1章从电力电子系统解析和综合两方面分别梳理和认识电力电子系统的结构和属性； 第2章叙述电力电子系统电磁瞬态过程及其建模； 第3~5章分别论述了功率开关器件瞬态特性、瞬态换流拓扑及其杂散参数和基于器件特性的系统安全工作区； 第6~8章分别论述了电磁瞬态过程的量测、主电路电磁脉冲及其序列和高性能闭环控制及其限制； 第9章阐述了瞬态电磁能量平衡控制策略基本原理与控制方法； 第10章主要介绍了电磁瞬态分析在典型电力电子系统中的应用。

本书可供从事电力电子领域工作，特别是从事大容量电力电子系统研究、装置开发和工程应用的专业人士参考，也可作为高等院校相关专业教师和研究生的参考教材。

本书可作为电力电子与电力传动专业及相关专业的研究生教材，也可作为从事电力电子装置、变频器、电子电源等开发、设计工程技术人员的参考书。该书重点介绍电力电子系统的动态模型的建立方法和控制系统的设计方法。电力电子系统的建模与控制技术涉及功率变换技术、电工电子技术、自动控制理论等，是一门多学科交叉的应用性技术。本书内容包括：电力电子系统建模方法如状态空间平均、平均开关网络模型和统一电路模型等，电流峰值控制的稳定性问题及改进稳定性的方法，DC/DC变换器反馈控制设计，三相PWM整流器动态模型和三相PWM逆变器的动态模型，三相PWM交流器的解耦控制，三相PWM交流器的空间矢量调制SVM方法，DC/DC变换器并联系统的动态模型及均流控制，逆变器并联系统的动态模型及均流控制。

瞬态响应，指系统在某一典型信号输入作用下，其系统输出量从初始状态到稳定状态的变化过程。瞬态响应也称动态响应或过渡过程或暂态响应。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应，信号一停就戛然而止，决不拖泥带水。

拟采用理论分析、室内试验、现场试验及数值分析方法，针对深部高储能岩体爆破开挖过程中岩体应变能的瞬态释放过程及效应展开研究。首先，采用围压瞬态卸载试验装置实现室内试验岩样围压的瞬间卸载，揭示岩体应变能瞬态释放的机理，建立能量瞬态释放效应的计算模型和考虑能量瞬态释放效应的岩石损伤判据；其次，结合现场开挖损伤区检测、围岩振动监测和数值计算，研究能量瞬态释放诱发围岩损伤和高应力破坏的规律及影响因素，分析瞬态释放能量诱发振动响应的衰减规律及时空分布；最后，提出基于开挖程序和钻爆设计优化及应力解除爆破的高储能岩体爆破开挖能量瞬态释放效应控制方法。本课题既符合国家基础工程建设的重大需求，又是深部岩体力学理论发展急需解决的关键问题，研究成果有助于加深对深部岩体爆破损伤及破坏的机理的认识，对保障深埋洞室的施工安全具有重要意义，可为我国深部岩体工程设计及施工提供新的设计和分析理论。