本書系統地論述了電力電子系統瞬態過程的理論分析和實際應用。全書內容分為10章。第1章從電力電子系統解析和綜合兩方面分別梳理和認識電力電子系統的結構和屬性；第2章敘述電力電子系統電磁瞬態過程及其建模；第3~5章分別論述了功率開關器件瞬態特性、瞬態換流拓撲及其雜散參數和基於器件特性的系統安全工作區；第6~8章分別論述了電磁瞬態過程的量測、主電路電磁脈沖及其序列和高性能閉環控制及其限制；第9章闡述了瞬態電磁能量平衡控制策略基本原理與控制方法；第10章主要介紹了電磁瞬態分析在典型電力電子系統中的應用。趙爭鳴，清華大學電機工程與應用電子技術系教授，博士生導師，電力系統國家重點實驗室副主任。1991年於清華大學電機系獲工學博士學位，留校任教至今。19941997年先后在美國俄亥俄州立大學和美國加州大學歐文分校從事博士后研究工作，1998-1999年先后在加拿大哥倫比亞大學和香港大學作高級訪問學者和研究教授。主要研究方向包括：大功率電力電子技術、光伏並網發電及應用、電機及其控制、無線電能傳輸等。先后兼任IEEE電力電子學會（PELS）執委會委員（2014-2016年），IEEE電力電子學會（PELS）會員發展委員會主席（2013-2015年），IEEE電力電於學會（PELS）北京分部主席（2007年至今）；同時兼任中國電工技術學會常務理事，電力電子學會副理事長，北京電力電子學會副理事長；擔任多種國內外重要學術期刊主編、副主編和編委。先后負責完成多項國家攻關課題、國家「863」課題、國家自然科學基金重點和面上課題以及多項重大橫向科研課題和國際合作項目。20152019年負責主持國家自然科學基金重大項目「大容量電力電子混雜系統多時間尺度動力學表征與運行機制」。發表400余篇學術論文，出版6部科技書籍；獲得30余項國家發明專利、20余項軟件著作權，獲得10余項科技成果獎。2005年獲得「全國優秀科技工作者」稱號，2006年評為「北京市教育創新標兵」，2012年獲得中國電工技術學會電工行業科技成就獎。袁立強，副研究員，博士生導師。2004年畢業於清華大學電機系，獲博士學位，同年進入清華大學電機系丁作，現任電力電子與電機系統研究所副所長。主要從事大容量電力電子技術、新能源發電、電力牽引、功率半導體器件等教學和研究工作。曾負責自然科學基金項目，參與「863」項目、國家科技支撐項目、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金重大項目等。出版4部著作，發表科技論文100余篇，獲國家發明授權專利20余項。先后獲得省部級科技獎一等獎3項，二等獎1項，三等獎1項。魯挺，助理研究員，2010年畢業於清華大學電機丁程與應用電子技術系，獲得博士學位，同年進入清華大學電機工程與應用電子技術系工作。主要從事大功率半導體器件應用、大容量電力電子變換、新能源並網發電等方面研究。曾參與國家高技術研究發展計划（「863」計划）項目「能源高效轉換高壓大容量新型功率器件研發與應用」、國家科技支撐計划課顥「7MW級風電機組及關鍵部件設計和產業化技術」、國家自然科學基金重大項目「大容量電力電子混雜系統多時間尺度動力學表征與運行機制」、國家自然科學基金重點項目「大容量特種高性能電力電子系統理論與關鍵技術研究」等項目研究工作。發表論文80余篇，獲中國電工技術學會科學技術一等獎2項、國際學術會議優秀論文獎3項，授權發明專利7項、軟件著作權12項。2015年進入榮信匯科電氣技術有限責任公司工作，主要從事柔性直流輸電、大容量變頻器、大容量STATCOM等大容量電力電子產品和工程研發工作。

第1章 緒論1.1電力電子系統解析1.1.1功率半導體器件1.1.2功率變換電路1.1.3脈沖控制1.2電力電子系統綜合1.2.1硬件與軟件的統一性1.2.2能量與信息的互動性1.2.3線性與非線性的轉換性1.2.4離散與連續的混雜性1.2.5多時間尺度的協調性1.3電力電子系統應用1.3.1柔性交直流輸電1.3.2新能源並網發電中電力電子裝置1.3.3電力牽引1.4電力電子系統存在的問題1.4.1對功率開關器件短時間尺度的電磁瞬態過程認識不清1.4.2瞬態電能變換拓撲結構理想化1.4.3信號脈沖與能量脈沖差異1.4.4電磁瞬態過程不明確第2章 電磁瞬態過程及其建模2.1電力電子系統中的電磁瞬態過程 2.1.1主功率回路電磁瞬態過程2.1.2驅動回路電磁瞬態過程2.1.3控制回路電磁瞬態過程2.2電磁瞬態過程數學模型2.2.1電磁瞬態過程建模方法2.2.2主電路電磁瞬態模型2.2.3元器件電磁瞬態模型2.2.4驅動電路和控制電路的電磁瞬態模型2.3時間尺度的差異及其影響2.3.1典型瞬態回路時間尺度及比較2.3.2不同時間常數回路電磁變換關系2.3.3時間常數差異帶來的影響2.3.4電磁變換平衡下的回路參數匹配2.4電磁脈沖及脈沖序列2.4.1電磁脈沖及脈沖序列數學描述2.4.2脈沖及其序列傳輸和變異2.4.3時間脈沖序列和脈沖邏輯組合第3章 功率開關器件瞬態特性3.1功率開關器件的物理機制和器件特性關系3.1.1物理機制與典型器件特性的關系3.1.2不同物理機制器件特性差異3.2變換器中功率開關器件瞬態特性測試3.2.1單個器件測試的拓撲與控制3.2.2獨立測試平台單個器件瞬態特性3.2.3變換器中的單個器件瞬態特性3.3變換器中功率開關器件瞬態特性分析3.3.1運行中開關特性分析3.3.2相互影響現象分析3.4功率開關器件的並聯運行3.4.1關鍵參數對並聯器件瞬態特性影響3.4.2IGBT並聯特性分析3.4.3IGBT並聯實驗研究3.5功率開關器件的串聯運行3.5.1器件串聯均壓的基本思路3.5.2IGCT串聯第4章 瞬態換流拓撲及其雜散參數4.1瞬態換流拓撲定義4.1.1變換器拓撲定義4.1.2變換器瞬態換流拓撲4.2復雜主電路雜散參數提取方法4.2.1提取方法對比4.2.2PEEC准確性分析4.2.3復雜結構的參數提取簡化處理4.3基於模塊封裝IGBT的變換器主電路雜散參數分析4.3.1雜散參數對變換器中IGBT特性影響4.3.2IGBT變換器直流母排建模4.4基於平板壓裝IGCT的變換器主電路雜散參數分析4.4.1IGCT三電平變換器主電路母排建模4.4.2瞬態換流拓撲4.5雜散參數影響量化分析及其優化4.5.1模塊封裝IGBT變換器中的雜散參數影響評估4.5.2模塊封裝IGBT變換器母排優化4.5.3平板壓裝IGCT變換器中的雜散參數影響評估4.5.4平板壓裝IGCT三電平變換器母排優化第5章 基於器件特性的系統安全工作區5.1系統安全工作區的定義5.1.1系統安全工作區的基本思想5.1.2器件安全工作區與系統安全工作區的關系5.2系統安全工作區的數學模型5.2.1關鍵器件、拓撲和控制參數定義5.2.2數學模型推導5.2.3基於系統安全工作區設計樣例5.3系統安全工作區的影響因素分析5.3.1直流母排雜散參數影響5.3.2控制參數影響5.3.3外部參數影響5.3.4溫度參數影響5.3.5器件並聯特性影響5.4基於系統安全工作區的評估與優化設計5.4.1評估與優化設計流程5.4.2系列化電力電子變換器設計中的應用5.4.3基於系統安全工作區變換器評估與保護第6章 電磁瞬態過程的量測／觀測分析6.1采樣系統的結構、組成和功能6.2采樣系統中功率量和信號量的差異6.3采樣延遲和誤差對控制性能的影響6.3.1頻域分析6.3.2時域分析6.4抑制采樣延遲和誤差設計6.4.1硬件設計6.4.2軟件設計6.4.3采樣系統優化設計的效果第7章 主電路電磁脈沖及其序列7.1電力電子系統中各類脈沖及其序列的數學描述7.1.1各類脈沖的區別及演化過程7.1.2能量脈沖數學描述7.1.3信號脈沖數學描述7.1.4能量脈沖序列數學描述7.1.5信號脈沖序列數學描述7.2脈沖形態變化的影響及解決方法7.2.1死區影響及最小脈寬設計方法7.2.2最小脈寬影響及解決方法7.2.3離散誤差及其補償方法7.3脈沖時序變化的影響及解決方法7.3.1脈沖延遲對控制性能的影響7.3.2脈沖延遲的補償方法第8章 高性能閉環控制及其限制8.1閉環控制系統結構與限制8.1.1閉環控制系統的結構8.1.2傳統控制方法的限制8.2控制策略造成的無效脈沖的影響及解決方法8.2.1控制耦合產生的無效脈沖8.2.2控制器飽和產生的無效脈沖8.2.3變換器特殊運行狀態中產生的無效脈沖8.3短時間尺度主動控制方法8.3.1主電路電磁脈沖的控制方法分類8.3.2主電路電磁脈沖的主動控制方法8.3.3主動控制方法的效果8.3.4主動控制方法與主電路集成技術8.3.5分布式主動控制方法的效果第9章 瞬態過程中的電磁能量平衡9.1電磁能量平衡及建模9.1.1瞬態電磁能量平衡關系9.1.2基於瞬態能量平衡的控制建模9.2基於瞬態能量平衡的控制9.2.1傳統電壓控制策略性能分析9.2.2基於瞬態能量平衡的控制策略9.3背靠背變換器能量平衡控制9.3.1雙PWM變頻器系統的能量平衡模型9.3.2雙PWM變頻器母線電容能量波動過程分析9.3.3基於分步補償的能量平衡控制策略9.3.4基於能量平衡控制策略的母線電壓波動最小化設計方法9.4電磁能量平衡控制分析9.4.1控制系統小信號模型9.4.2系統穩定性分析9.4.3系統動態性能分析9.4.4系統穩態誤差分析9.4.5仿真與實驗結果分析第10章 變換系統中電磁瞬態分析的應用10.1高壓IGBT串聯變換器電磁瞬態分析10.1.1適用於高壓IGBT串聯的瞬態機理模型10.1.2串聯IGBT瞬態行為分析10.1.3拖尾階段的瞬態特性10.2基於SiC器件的高頻變換器10.2.1開關瞬態過程分析與建模10.2.2高頻變換器電磁瞬態過程分析10.3結語參考文獻

繼人們對電機過渡過程和電力系統暫態過程分析之后展開的對電力電子系統瞬態過程的分析，正改變着人們對電氣工程學科的看法，使之形成一種新的電氣工程學科自然觀，促進了一批電氣工程學科新思想、新理念、新方法和新技術的孕育和發展，並有可能從根本上影響現代電氣工程學科的動力學分析體系。