本書主要介紹超級電容器及其在功率變換系統中的應用，着重分析了超級電容器模塊以及接口DC-DC功率變換器的分析、建模和設計。主要包括儲能技術及直接/間接儲能系統裝置的背景、超級電容器的相關理論及模型、不同充/放電方法下的超級電容器電壓和電流特性以及電流應力和功率損耗的分析與計算。同時還包括功率變換系統及其應用基礎，集成超級電容器儲能的典型功率變換系統結構和特殊應用需求中儲能裝置的選型過程。在超級電容器模塊設計的主要參數基礎上，介紹了超級電容器模塊的選型與設計過程，超級電容器的損耗、效率與尺寸、成本的關系，超級電容器單體的串聯和電壓均衡問題，以及超級電容器模塊的散熱設計。另外，詳細分析了接口DC-DC變流器的分類以及多相交錯式雙向DC-DC變流器。作者Petar J. Grbovi博士長期超級電容的研究，曾在施耐德電氣公司的施耐德東芝逆變器（STI）研發中心工作。具有豐富的研究經驗，發表了多篇相關學術論文。

譯者序 原書前言 第1章儲能技術及裝置1 1.1簡介1 1.1.1能量1 1.1.2電能及其在日常生活中的作用1 1.1.3儲能2 1.2直接式電能存儲裝置3 1.2.1電力電容器作為儲能裝置3 1.2.2電抗器儲能7 1.3間接儲能技術及裝置9 1.3.1機械儲能10 1.3.2化學儲能13 1.4電力儲能技術比較16 參考文獻18 第2章超級電容器儲能裝置19 2.1超級電容器背景知識19 2.1.1超級電容器技術概述19 2.2EDLC20 2.2.1EDLC發展簡史20 2.2.2超級電容器的結構21 2.2.3超級電容器的物理模型21 2.3超級電容器的宏觀(電路)模型23 2.3.1完整理論模型23 2.3.2簡化模型32 2.3.3仿真/控制模型34 2.3.4習題35 2.4超級電容器的能量和功率36 2.4.1超級電容器的能量和能量密度36 2.4.2超級電容器的儲能效率37 2.4.3超級電容器的功率密度38 2.4.4電極碳負荷限制38 2.4.5習題39 2.5超級電容器的充/放電方法40 2.5.1恆電阻負載41 2.5.2恆流充電和負載41 2.5.3恆功率充電和負載44 2.5.4習題49 2.6頻率相關損耗50 2.6.1周期性電流51 2.6.2非周期性電流55 2.7超級電容器的熱特性56 2.7.1發熱56 2.7.2熱模型57 2.7.3溫升58 2.7.4習題59 2.8超級電容器大功率模塊62 2.9超級電容器的發展趨勢與未來64 2.9.1未來超級電容器的要求64 2.9.2技術發展方向64 2.10小結65 參考文獻66 第3章功率變換與儲能應用68 3.1靜態功率變流器基本原理68 3.1.1開關變流器68 3.1.2功率變流器的分類69 3.1 3電壓源型變流器示例70 3.1.4間接靜態AC-AC變流器71 3.2具有儲能功能的變流器73 3.2.1問題提出73 3.2.2解決方案75 3.2.3儲能類型的合理選擇75 3.2.4電化學電池與超級電容器對比76 3.3受控電力驅動應用80 3.3.1受控電力驅動控制的發展81 3.3.2受控電力驅動的應用82 3.3.3應用問題的提出84 3.3.4解決方案85 3.4可再生能源發電應用91 3.4.1可再生能源91 3.4.2問題提出95 3.4.3虛擬慣量和可再生能源「發電機」97 3.4.4解決方案98 3.5自備發電機及其應用100 3.5.1應用100 3.5.2問題提出103 3.5.3解決方案105 3.6輸配電應用107 3.6.1STATCOM應用107 3.6.2問題提出108 3.6.3解決方案111 3.7UPS應用113 3.7.1UPS系統應用113 3.7.2具有超級電容器儲能的UPS114 3.8電力牽引應用118 3.8.1軌道車輛118 3.8.2道路車輛121 3.8.3一般牽引系統125 3.9小結128 參考文獻130 第4章超級電容器模塊選擇及設計132 4.1簡介132 4.1.1分析和設計目標133 4.1.2主要設計步驟133 4.1.3超級電容器模型133 4.2模塊額定電壓和電壓等級的選擇134 4.2.1內電壓和終端電壓之間的關系135 4.2.2最大工作電壓136 4.2.3最小工作電壓137 4.2.4超級電容器中間電壓138 4.2.5超級電容器額定電壓142 4.2.6習題143 4.3選擇電容145 4.3.1電能存儲/釋放能力145 4.3.2變換效率146 4.3.3壽命對電容選擇的影響151 4.3.4習題152 4.4超級電容器模塊設計153 4.4.1單體串/並聯設計153 4.4.2電流應力和損耗156 4.4.3串聯電壓均衡158 4.4.4習題165 4.5模塊的熱管理168 4.5.1模型定義169 4.5.2模型參數的確定171 4.5.3模型參數——實驗確定171 4.5.4設計冷卻系統173 4.5.5習題175 4.6超級電容器模塊測試185 4.6.1電容和內阻185 4.6.2漏電流和自放電189 4.7小結190 參考文獻191 第5章接口DC-DC變流器193 5.1簡介193 5.2接口DC-DC變流器及其分類194 5.2.1電壓源和電流源DC-DC變流器195 5.2.2全功率和部分功率接口DC-DC變流器197 5.2.3隔離和非隔離式DC-DC變流器197 5.2.4兩電平和多電平接口DC-DC變流器198 5.2.5單相和多相交錯式接口DC-DC變流器198 5.3常用接口DC-DC變流器200 5.3.1兩電平DC-DC變流器200 5.3.2三電平DC-DC變流器201 5.3.3Boost-Buck和Buck-Boost DC-DC變流器201 5.3.4隔離式DC-DC變流器203 5.3.5應用總結205 5.4超級電容器的電壓和電流定義206 5.5多相交錯式DC-DC變流器207 5.5.1交錯式DC-DC變流器的背景知識207 5.5.2兩相交錯式DC-DC變流器分析209 5.5.3N相交錯式變流器一般情況分析214 5.6兩電平N相交錯式DC-DC變流器設計229 5.6.1ICT設計：兩相交錯式示例229 5.6.2濾波電抗器設計234 5.6.3直流母線電容器選擇240 5.6.4輸出濾波電容器選擇246 5.6.5功率半導體器件選擇249 5.6.6習題256 5.7變流器功率損耗：一般性分析264 5.7.1損耗的來源264 5.7.2導通損耗266 5.7.3開通損耗和關斷損耗266 5.7.4阻斷損耗267 5.7.5滑動平均值和有效值定義267 5.8變流器熱管理：一般性分析268 5.8.1變流器熱管理的重要性268 5.8.2功率半導體器件的熱模型268 5.8.3電磁裝置的熱模型273 5.8.4電解電容器的熱模型276 5.9小結279 參考文獻280