现代电力电子电路

《寻迹电力电子》作者的又一力作，从知识体系角度出发，脉络清晰地讲解了目前流行的主流电力电子拓扑，并配备仿真程序，特别适合教学，也适合从事高压直流发电、MMC、固态变压器（SST）、无线电能传输、磁元件设计等工程技术人员进行学习。

电力电子技术作为电能高效变换的关键技术，已广泛应用于国民经济各个行业。本书聚焦电力电子较为前沿领域的关键电路拓扑、控制策略及核心元件设计。本书以电力电子技术定义与发展为起点，依次阐述单相非隔离型光伏并网逆变器、大功率中压直流升压变换器、模块化多电平换流器（MMC）、电力电子变压器（PET）、直流变压器（DCT）等核心电路拓扑，详解其结构原理、控制调制方式及仿真验证。同时，书中还专题介绍 LED 驱动电路、无线电能传输（WPT）、双有源桥（DAB）变换器拓扑及控制策略，并针对现代电力电子电路中的磁元件，系统讲解电磁基础、损耗机制及设计方法。
本书内容兼具理论深度与工程实用性，通过数学建模、模态分析与仿真验证相结合的方式，为读者提供了较为完整的现代电力电子电路技术认知体系。本书适合作为电力电子、电气工程等相关专业研究生的参考教材，以及新能源发电、智能电网等领域工程技术人员的参考书，助力其掌握电力电子电路设计的核心技能与行业发展动态。

陈武，博士，教授，博士生导师，国家级人才计划入选者，东南大学电气工程学院先进电能变换技术与装备研究所所长。长期从事大功率电力电子变换及其应用领域的研究工作。研究成果以第一作者/通信作者发表SCI/EI论文100余篇，出版专著5部；已获授权美国专利7项、中国发明专利50余项。主持国家自然科学基金青A基金（原国家杰出青年基金）、2030智能电网国家科技重大专项、国家自然科学基金优秀青年基金、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目、国家自然科学基金智能电网联合基金集成项目课题、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上/青年基金等，获教育部自然科学一等奖、江苏省科学技术一等奖、安徽省技术发明一等奖、中国电工技术学会科技进步一等奖、全国优秀博士学位论文提名奖、中国电力优秀科技工作者奖、中国电源学会优秀青年奖，入选江苏省“333”、“六大人才高峰”高层次人才计划。

目录
前言
第1章绪论1
1.1电力电子技术的定义1
1.2电力电子电路2
1.3电力电子技术的应用5
1.4本章小结9
参考文献10
第2章单相非隔离型光伏并网逆变器11
2.1单相非隔离型光伏并网逆变器的漏电流分析11
2.2全桥非隔离型光伏并网逆变器14
2.2.1基本全桥逆变电路14
2.2.2控制策略15
2.2.3调制方法15
2.2.4HERIC逆变器18
2.2.5H5逆变器20
2.3半桥非隔离型并网逆变器23
2.3.1基本半桥逆变电路23
2.3.2NPC型半桥逆变电路24
2.3.3ANPC型半桥逆变电路26
2.3.4T型半桥逆变电路27
2.4仿真验证29
2.5本章小结31
参考文献31
第3章大功率中压直流升压变换器32
3.1大功率中压直流升压变换器分类32
3.2晶闸管谐振型升压变换器32
3.3基于混频调制的宽输入电压范围中频升压变换器35
3.3.1工作原理35
3.3.2参数设计38
3.4基于IGCT的大容量直流变换器42
3.4.1基本电路结构42
3.4.2IGCT“近零”开关损耗复合调制方法43
3.5仿真验证47
3.5.1晶闸管谐振型升压变换器47
3.5.2中频升压变换器47
3.5.3基于IGCT的大容量直流变换器50
3.6本章小结51
参考文献51
第4章模块化多电平换流器53
4.1电压源换流器拓扑结构概况53
4.1.1两电平换流器53
4.1.2三电平中点钳位换流器54
4.1.3多电平换流器54
4.2MMC拓扑结构及运行原理56
4.2.1MMC基本拓扑结构56
4.2.2子模块拓扑及工作原理56
4.2.3MMC基本数学关系62
4.3MMC基本控制与调制方式64
4.3.1MMC基本控制方式64
4.3.2MMC基本调制方式66
4.3.3MMC子模块电容电压平衡控制方式69
4.4仿真验证73
4.5本章小结75
参考文献76第5章电力电子变压器77
5.1电力电子变压器拓扑分类77
5.2三级型PET78
5.3四级型PET80
5.4五级型PET83
5.4.1中高压应用领域典型拓扑83
5.4.2级联型PET的控制策略86
5.4.3仿真验证94
5.5本章小结96
参考文献97
第6章直流变压器98
6.1基于高压宽禁带半导体器件/半导体器件串联的直流变压器98
6.2基于ISOP或ISOS结构的直流变压器100
6.2.1均压/均流控制101
6.2.2中压集中式电容102
6.2.3组合式串并联结构102
6.3基于模块化多电平换流器的直流变压器104
6.4仿真验证113
6.5本章小结116
参考文献116
第7章LED驱动电路118
7.1无电解电容的LED驱动电路118
7.1.1输入电流注入谐波方案120
7.1.2脉动电流驱动方案121
7.1.3输出功率动态调节方案121
7.2基于有源功率解耦的LED驱动电路122
7.3LED均流电路128
7.3.1有源均流技术129
7.3.2无源均流技术133
7.4仿真验证138
7.5本章小结140
参考文献140
第8章无线电能传输142
8.1无线电能传输技术分类142
8.2松耦合变压器模型144
8.3补偿网络的恒流或恒压特性分析148
8.3.1SS补偿方式149
8.3.2SP补偿方式151
8.3.3PS补偿方式152
8.3.4PP补偿方式153
8.4多参数补偿网络的恒压/恒流特性分析155
8.4.1可调恒压/恒流增益的IPT补偿网络特性156
8.4.2LC/LC拓扑的恒压/恒流特性分析158
8.4.3LCC/LCC拓扑的恒压/恒流特性分析160
8.5仿真验证161
8.5.1SS补偿拓扑仿真验证162
8.5.2LC/LC补偿拓扑仿真验证163
8.6本章小结164
参考文献165
第9章双有源桥变换器拓扑及控制策略166
9.1DAB变换器基本工作原理166
9.1.1DAB变换器电路拓扑166
9.1.2单移相控制策略下的工作模态167
9.1.3单移相控制策略下的功率传输特性169
9.1.4单移相控制策略下的软开关特性171
9.2DAB变换器的优化控制策略172
9.2.1拓展移相控制172
9.2.2双重移相控制176
9.2.3三重移相控制179
9.3DAB变换器的直流偏磁和软启动策略180
9.3.1高频变压器直流偏磁181
9.3.2DAB变换器软启动182
9.4DAB变换器拓扑拓展184
9.4.1半桥DAB变换器184
9.4.2三电平DAB变换器184
9.4.3三相DAB变换器185
9.4.4谐振DAB变换器188
9.5仿真验证190
9.6本章小结191
参考文献191
第10章电力电子电路中的磁元件193
10.1基本电磁知识193
10.1.1电磁定律193
10.1.2磁心损耗195
10.1.3绕组损耗196
10.1.4绕组漏感198
10.2并网逆变器中的滤波电感199
10.2.1磁心材料选择199
10.2.2气隙的布置199
10.2.3滤波电感设计200
10.2.4并网逆变器滤波电感设计案例201
10.3无线电能传输中的松耦合变压器202
10.3.1松耦合变压器几何形状设计202
10.3.2绕组设计203
10.3.3导磁材料设计205
10.3.4磁屏蔽设计205
10.3.5松耦合变压器设计优化步骤206
10.4DAB变换器中的高频变压器207
10.4.1外置独立电感设计方法208
10.4.2漏感增大方法208
10.4.3DAB高频变压器设计211
10.5本章小结212
参考文献212

为什么要写这本书呢？其出发点很简单，因为我5年前开始教“现代电力电子电路”这门研究生的课程。那上课就需要教材，我用的是浙江大学林渭勋教授在2002年出版的《现代电力电子电路》这一教材，其主要分为功率器件、硬开关电路和软开关电路三大部分。而这门课既然叫“现代电力电子电路”，那么以上的那些内容呢，站在今天的角度来看就感觉不是那么“现代”了，所以我就有了写一本研究生用的现代电力电子电路课程用书的想法。
近20年来，电力电子技术的发展日新月异，在电能的生产、输送、分配、消费等几个环节的应用都取得了长足进步。对于本书各章内容的安排，基本都是以应用场景驱动的，如新能源发电领域的交流并网逆变器、直流并网变换器，输电领域的模块化多电平变流器，配电领域的电力电子变压器、直流变压器，日常应用领域的LED驱动、无线电能传输等。对于书中每一章节的编写，基本都是先从这个领域或这类变换器的一个总体概括和分类开始，让读者针对这一领域有一个总体认识，然后再分别对其中的具体电路进行原理分析、控制策略介绍。本书还有一个重要特色，就是针对每章的典型电路都进行了仿真验证分析，同时将这些仿真程序提供给读者进行相应的学习。
由于作者学识水平有限，书中难免有疏漏之处，恳请广大读者批评指正。
陈武