寻迹电力电子

这是一本关于电力电子技术综述、科普的书。
本书对电力电子技术的发展及应用进行了比较系统、全面的阐述，包括功率器件、磁性元件、变换器拓扑结构、变换器建模及控制、新能源发电、高压交直流输电、柔性交直流配电、通用电源、特种电源以及国内外电力电子相关学术组织等，基本反映了国内外电力电子技术发展历史过程中的关键事件与节点。
本书公式很少，对技术基本都以图示为主，进行原理性、概念性的解释。本书可以作为电力电子技术相关专业学生、教师、工程技术人员的学习参考书。

陈武，博士，教授，博士生导师，国家优青，先进电能变换技术与装备研究所所长。分别于2003年、2006年和2009年在南京航空航天大学自动化学院获得学士、硕士和博士学位，2009年至2010年在香港城市大学从事高级研究助理工作，2010年至2011年在美国北卡罗来纳州立大学从事博士后工作，2011年10月至今于东南大学电气工程学院任教。

长期从事大功率电力电子变换及其应用领域的研究工作。主持国家自然科学基金3项、国家重点研发计划子课题2项、省部级项目5项；作为研究骨干参加国家“863”项目1 项，以及企业课题10余项。与某企业历时10年合作研制了高频高压除尘电源、高压脉冲除尘电源、高压纳秒电源三代节能环保产品，拥有多项技术创新，累计销售额达30亿元，国内市场占有率第一，经济效益和社会效益十分显著。研究成果以第一作者/通信作者发表SCI/EI论文70余篇，其中SCI期刊论文30余篇；出版专著2部；已获授权美国专利4项、中国发明专利23项（1项已转让）。因在电力电子功率变换技术领域取得了比较突出的学术成绩，获国家自然科学基金优秀青年基金、教育部自然科学一等奖、江苏省科学技术一等奖、全国优秀博士学位论文提名奖、中国电源学会优秀青年奖、中国电源学会科学技术奖二等奖、入选江苏省“六大人才高峰”高层次人才计划。

担任的主要社会兼职包括：IEEE高级会员；担任中国电源学会直流电源专委会副主任委员和青年工作委员会副主任委员；担任江苏省电除尘器高频电源工程技术研究中心理事；担任IEEE Trans. Industrial Electronics、Journal of Power Electronics、CESS Journal of Power and Energy Systems以及中国电源学会英文会刊CPSS Trans. Power Electronics and Applications的副编辑(Associate Editor)；担任IEEE ECCE 等多个国际会议分会主席和技术程序委员会委员；在国际会议(ECCE-Asia)组织了大功率电力电子技术在新能源并网中应用的专题(special session)；担任电源学报“电力电子前沿技术与应用”专辑主编。

适读人群 ：电力电子技术相关专业学生、工程技术人员
目前，电气工程专业电力电子方向热度持续上升，张雪峰老师的推荐，以及目前的报考热度及就业情况都有较好的前景。但是该领域门槛较高，广大读者或者准备进入这个领域的年轻学生对此没有具体全面的了解。所以本书从人们熟悉的雷电讲起，一直讲到如今的智能电网、电源的发展历程。全书用通俗的语言讲述了电力电子学科的诞生。后半部分难度略深，比较适合准备读本专业的研究生的高年级学生阅读，对于读者选取研究方向有一定的参考价值。本书的最大亮点是随书赠送1.8米长的彩色拉页，向读者展示了电力电子重要历史时刻的画卷。这是在屏幕阅读上无法感受的效果，体现的纸书的魅力。

关于电力电子，我有一个习惯或者爱好吧，就是喜欢在网上淘一些电力电子相关的老书、老文件、老照片等，主要目的呢，就是想等我退休的时候再来看看这些差不多100年前人们写的书，像看一件件古董一样，那种感觉还是挺有意思的。在不断地收集以及阅读这些老书的过程中，有的时候觉得自己的知识面很窄，或者说对以前的知识了解太少。某一天突然冒出一个想法，能不能写一本关于电力电子历史或者说是发展历程的书呢？有了这样一本书，大家就可以对电力电子的整个发展历程，或者说某一技术领域的发展特征有整体的把握，知道来龙去脉，比如说现在大部分电力电子教材里基本都先讲晶闸管以及相控整流，那晶闸管产生的背后故事是什么呢？又是谁在什么时候提出相控整流的呢？为什么要整流成直流？其最初的应用场合是什么呢？说实话，在写这本书之前，这些问题我都无法回答。那就需要进行电力电子背后故事的“考古挖掘”。
有了这个想法之后，我就开始动手查资料、收集素材，后面发觉一发不可收拾，越写越多，包含的内容越来越多，到最后实在没办法了只能打住，因为电力电子研究领域实在太丰富了，只能挑其中主要的内容来写。
全书共10章。第1章介绍了电气科学诞生过程中的主要关键节点和电力电子的定义。第2章主要介绍了猫须探测器、真空管、水银整流器、晶体管等功率器件的发展过程。第3章介绍了变压器、磁放大器等磁性元件以及相应的交流电阻、漏感、磁心损耗、寄生电容等模型的发展过程。第4章介绍了多种电路拓扑（整流器、逆变器、软开关变换器、多电平变换器等）的发展过程。第5章介绍了电力电子系统建模、控制与稳定运行相关技术。第6章介绍了光伏发电、风力发电、储能相关的电力电子装备以及新能源并网系统振荡分析。第7章介绍了交流输电系统和直流输电系统中的电力电子装备。第8章介绍了柔性交直流配电网中的电力电子装备。第9章介绍了一些通用电源技术，如照明电源、信息系统电源、变频电源、电动汽车和轨道交通中的电源等。第10章介绍了一些高电压、大电流、脉冲等特种电源技术。附录介绍了电力电子相关学会的发展历程。
当然，这本书也有一些遗憾，比如说我在规划的时候有一章是关于国内电力电子老一辈科学家的采访，如浙江大学的汪槱生院士、南京航空航天大学的严仰光教授、上海大学的陈伯时教授、华中科技大学的陈坚教授等，我当时联系浙江大学的姚文熙教授想去采访汪院士，但当时汪院士住院了，就没有成行，之后这事就给落下了，这些老一辈科学家都是电力电子领域的宝贵财富，希望后续修订中能够增加这些采访，听一听他们的故事。当然在本书的专业内容上也有一些遗憾，比如电容器、功率器件封装、电磁兼容、可靠性等没有包含在内。
由于电力电子技术涉及面非常广，一个人是不可能完成这本书的编写的，在整个编写过程中得到了很多朋友的帮助，如东南大学的沈湛副研究员、雷家兴副教授、王江峰副研究员、李鑫副研究员、付兴贺副教授、邹志翔副教授，中国电力科学研究院有限公司的李光辉主任，湖南大学汪洪亮教授，南京理工大学的杨飞副教授，南京工业大学的郗焕副教授，哈尔滨工业大学（深圳）的曹玲玲副教授，天津大学的冀浩然副教授，浙江富特科技股份有限公司的产品总监吴犇先生，深圳威迈斯新能源股份有限公司的冯颖盈高级副总裁等，他们或提供了相关资料、或对部分内容进行了校对，在此表示感谢。
浙江大学的徐德鸿教授、西安交通大学的刘进军教授、华南理工大学的张波教授、湖南大学的陈燕东教授审阅了本书初稿，提出了许多宝贵的意见和建议，在此一并致谢。
本书是关于电力电子专业的，自然要感谢我的几位专业老师，他们是我在南京航空航天大学求学期间的阮新波教授、香港城市大学工作期间的Shu Yuen Ron Hui（许树源）教授、美国北卡罗来纳州立大学博士后期间的Alex Huang（黄勤）教授。

本书的出版得到了机械工业出版社的大力支持，责任编辑罗莉女士为本书的出版做了大量工作，特此致谢。

国内外资料的收集和分析，需要很长的时间和很大的精力，这是一项非常艰巨的任务。而这本书仅是利用工作之余的时间完成的（还是用了我大量时间）。因而其内容很难达到科技史那样的高标准。仅仅是抛砖引玉，同时也希望看到这本书的同仁们能够将相关的电力电子技术史的资料，通过邮件或其他形式发给我，我在后续的修订中进行改正或增加。由于书中很多知识点都是我自学然后编写的，难免有疏漏和错误之处，敬请读者批评指正

电力电子新技术系列图书序言
序
前言
第1章电气科学的诞生
1.1雷电和静电
1.2静电和“动”电
1.3电磁感应和电路定律
1.4交流电和直流电
1.5两相电和三相电
1.6电力电子的含义
参考文献
第2章江山代有器件出，各领风骚数十载
2.1猫须探测器
2.2爱迪生效应——真空管
2.3外星人的黑科技——水银整流器
2.4一个篱笆三个桩——三极管的发明
2.5周公吐哺，天下硅芯
2.6一寸宽一寸强——宽禁带半导体器件
2.7其余代表性功率器件
2.8后记——为什么叫“硅［ɡuī］”
参考文献
第3章磁性元件
3.1变形金刚（transformer）
3.2第二次世界大战中德军的秘密武器——磁放大器
3.3磁性元件模型
3.3.1交流电阻模型
3.3.2漏感模型
3.3.3磁心损耗模型
3.3.4寄生电容模型
3.4磁集成
参考文献
第4章变换器拓扑结构
4.1整流电路
4.2逆变器
4.3Cuk、SEPIC、Zeta变换器
4.4开关电容变换器
4.5软开关变换器
4.6多电平变换器
4.7模块化多电平变换器
4.8Z源变换器
4.9双有源桥变换器
4.10三相PFC整流器
4.11AC-AC变频器
参考文献
第5章电力电子系统建模、控制与稳定运行技术
5.1开关器件调制
5.1.1相位调制
5.1.2脉冲宽度/频率调制
5.2电压/电流控制
5.2.1电压控制
5.2.2电流控制
5.2.3电荷控制
5.2.4单周期控制
5.3坐标变换
5.3.1Clarke变换
5.3.2Park变换
5.3.3坐标变换的目的
5.3.4三相静止到两相静止坐标变换
5.3.5两相静止到两相旋转坐标变换
5.4逆变器/变频器控制
5.4.1多重叠加法
5.4.2特定谐波消除法
5.4.3滞环控制
5.4.4正弦脉宽调制（SPWM）
5.4.5梯形波调制法和三次谐波注入法
5.4.6无差拍控制
5.4.7随机PWM
5.4.8矢量控制
5.4.9直接转矩控制
5.5电力电子系统小信号建模
5.5.1状态空间平均法
5.5.2谐波线性化方法
5.5.3谐波状态空间法
5.5.4动态相量法
5.5.5广义dq建模法
5.6电力电子系统小信号稳定性
5.6.1特征值分析法和阻抗分析法
5.6.2Middlebrook判据与阻抗比判据
5.6.3基于阻抗比的禁区判据
5.6.4逆阻抗比判据
5.6.5通用阻抗比判据
5.6.6阻抗和判据、导纳和判据与全局导纳判据
5.6.7无源判据与母线阻抗判据
5.6.8适用于三相交流系统的稳定判据
5.7多变换器模块串并联均压/均流控制
5.7.1DC-DC变换器串并联组合系统
5.7.2DC-AC逆变器串并联组合系统
参考文献
第6章新能源发电中的电力电子
6.1光伏发电
6.1.1光伏发展简介
6.1.2光伏系统中的电力电子
6.1.3光伏系统中的漏电流问题及解决方案
6.2风力发电
6.2.1风力发电简介
6.2.2风力发电中的电力电子变流器
6.2.3风力发电送出技术
6.3储能
6.3.1储能发展简介
6.3.2储能双向DC-DC变换器
6.3.3储能双向DC-AC变流器
6.4新能源并网系统振荡分析与抑制
6.4.1振荡现象
6.4.2振荡分析方法
6.4.3振荡抑制方法
6.4.4振荡工程分析与抑制案例
参考文献
第7章交直流输电系统中的电力电子
7.1交流输电技术发展简史
7.2FACTS控制器
7.2.1并联型FACTS控制器
7.2.2串联型FACTS控制器
7.2.3串联/串联组合型FACTS控制器
7.2.4串联/并联组合型FACTS控制器
7.3直流输电技术发展简史
7.4电压源换流器
7.5直流断路器
7.6直流耗能装置
参考文献
第8章交直流配电系统中的电力电子
8.1电力电子变压器
8.2直流变压器
8.3配电网柔性接地装置
8.4电能质量治理
8.4.1谐波治理技术及相关设备
8.4.2三相不平衡治理技术及相关设备
8.4.3电压暂降防治技术及相关设备
8.4.4变频器直流侧电压暂降治理设备
8.5柔性合环装置
参考文献
第9章通用电源
9.1照明电源
9.1.1电子镇流器
9.1.2LED驱动电源
9.2信息系统电源
9.2.1整流器
9.2.2交流UPS
9.2.3直流UPS
9.3电动汽车
9.3.1车载充电机OBC
9.3.2车载DC-DC模块
9.3.3非车载充电机
9.3.4电机控制器MCU
9.4轨道交通
9.4.1供电电源
9.4.2变电所与接触网
9.4.3牵引传动系统
9.4.4轨道交通新技术
9.5变频电源
参考文献
第10章特种电源
10.1感应加热电源
10.2电弧炉用直流电源
10.3电解电源
10.4高压除尘电源
10.5包络线跟踪电源
10.6电火花加工脉冲电源
10.7超高频电源
10.8重大装置用特种电源
10.9无线电能传输
10.9.1高频逆变电路
10.9.2磁耦合机构
10.9.3补偿拓扑
10.9.4行业标准
10.9.5产业化应用
参考文献
附录电力电子相关学会
A.1IEEE电力电子学会
A.2中国电源学会
A.3中国电机工程学会
A.4中国电工技术学会
参考文献