瞬時功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用

前言

　　“瞬時有功和無功功率”的概念最早是在1982年于日本提出的。自那以后，很多科學家和工程師對此概念的發(fā)展作出了重要貢獻，如對其進行改進以適用于三相四線制電路，將其進行擴展以適用于多相電路，當然，還包括將其應用于電力電子裝置的研究。但是，就這個主題并沒有看到有專門的書籍出版，寫作本書的主要目的就是為了填補這個空白。瞬時功率理論，簡稱為“理論”，揭示了三相電路中瞬時有功和無功功率的物理意義，給出了三相電路中能量是如何從電源流向負載或在各相之間循環(huán)的清晰解釋?！　≡诒緯鴮懽鞯拈_始階段，我們就決定對瞬時功率理論的基本概念盡量以循序漸進的教學方式進行講述。因此，本書的結(jié)構是按如下方式安排的。第1章講述與非線性負載相關的諧波問題。第2章講述與電功率定義相關的背景情況，主要基于傳統(tǒng)理論。第3章講述瞬時功率理論。在這一章中，為了方便讀者理解該理論，特別是有源濾波器的控制器設計理論，特意給出了大量相關材料。第3章的另一部分專門講述瞬時功率定義的其他體系。其中的一個體系被稱為“改進的理論”，它將原始虛功率定義擴展到具有3個分量的虛功率矢量。另外一個體系，被稱為“abe理論”，則直接采用abc相電壓和相電流來定義有功電流分量和非有功電流分量。第3章還闡述了這些功率定義體系的物理意義和相互之間的差別?！　〉?章專門講述并聯(lián)型有源濾波器，包括不同結(jié)構的有源濾波器。本章清楚地展示了諸如電容器和電感器等儲能元件是否必需的原因，以及有源濾波器對這些儲能元件理論上的依賴程度。這種對儲能元件必要性的評估是瞬時功率理論的一個強項。第5章講述串聯(lián)型有源濾波器，包括有源和無源濾波器相結(jié)合的混合型結(jié)構?；旌闲徒Y(jié)構也許能提供一種解決諧波問題的經(jīng)濟方案，特別是對于中壓變速驅(qū)動裝置?！　〉?章講述串聯(lián)和并聯(lián)電力調(diào)節(jié)器的結(jié)合，包括統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）和屬于柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）。最后，引出了通用有源線路調(diào)節(jié)器（UPLC），它是UPQC和UPFC功能的集成?！　⒗碚撻_拓性地應用于電力調(diào)節(jié)的例子遍布全書，它有助于讀者理解瞬時功率理論的真實本質(zhì)，以及與傳統(tǒng)理論的根本差別?！　」P者們要感謝來自很多同事的不同形式的鼓勵和支持。第一作者要感謝日本Nagaoka.技術大學他的前同事A.Nabae教授、已故的I.Takahashi教授。

內(nèi)容概要

　　《瞬時功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用》主要闡述與電力調(diào)節(jié)器密切相關的一個理論基礎——瞬時功率理論．并對不同的功率定義體系進行了深入的比較和分析，指出傳統(tǒng)的功率定義體系不能滿足現(xiàn)代電力電子技術發(fā)展的需要。同時書中有一半章節(jié)講述了瞬時功率理論在包括并聯(lián)型、串聯(lián)型和混合型有源濾波器以及統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器、統(tǒng)一潮流控制器和通用有源線路調(diào)節(jié)器等電力調(diào)節(jié)器中的應用。書中包含有大量的實例，便于讀者理解?！端矔r功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用》適合于從事電力調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量和電力電子技術研究、開發(fā)、應用的技術人員和工程師，以及高等學校電氣工程及其自動化專業(yè)的教師和研究生閱讀。

作者簡介

　　Hirofumi Akagi（赤木泰文），東京技術學院（Tokyo In stitute ofTechnology）電氣工程學教授，講授電力電子學。1996年當選為IEEE會士（1EEE Fellow）.1998～1999年被選為I E E E工業(yè)應用學會和電力電子學會的杰出演講者（IEEEDistinguished Lecturer），2001年獲得國際電力電子學領域的最高獎——IEEE William E.Neweli獎.2004年獲得IEEE工業(yè)應用學會杰出成就獎。　　Edson Hirokazu Watanabe：巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電氣工程學教授，lEEE高級會員，在lEEE和IEE雜志上發(fā)表論文多篇，2005年獲巴西國家科學獎?！　auricio Aredes巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學（UFRJ）電氣工程學副教授.講授電力電子學。已發(fā)表經(jīng)同行評審的期刊論文20篇，另外發(fā)表會議論文80篇。

書籍目錄

原書前言第1章 引言1.1 電功率理論的概念及其發(fā)展過程1.2 p-q理論在電力電子裝置中的應用1.3 電力系統(tǒng)中的諧波電壓1.4 已知和未知的諧波源負載1.5 諧波電流源和諧波電壓源1.6 諧波補償?shù)幕驹?.7 潮流控制的基本原理參考文獻第2章 電功率的定義：背景情況2.1 正弦條件下的功率定義2.2 電壓和電流相量與復阻抗2.3 復功率與功率因數(shù)2.4 非正弦條件下的功率概念——傳統(tǒng)方法2.4.1 Budeanu的功率定義2.4.2 腳ze的功率定義2.5 三相系統(tǒng)中的電功率2.5.1 三相系統(tǒng)的分類2.5.2 三相對稱系統(tǒng)中的功率2，5.3 三相不對稱系統(tǒng)中的功率2.6 小結(jié)參考文獻第3章 瞬時功率理論3.1 p-q理論的基礎3.1.1 p.q理論的歷史背景3.1.2 Clarke變換3.1.3 基于Clarkej分量的三相瞬時有功功率3.1.4 p.q理論定義的瞬時功率3.2 三相三線制系統(tǒng)中的p-q理論3.2.1 與傳統(tǒng)功率理論的比較3.2.2 將p-q理論用于并聯(lián)電流補償3.2.3 對偶p-q理論3.3 三相四線制系統(tǒng)中的p-q理論3.3.1 三相正弦電壓源中的零序功率3.3.2 存在負序分量時3.3.3 電壓和電流中包含不對稱和畸變時的一般性情況3.3.4 瞬時實功率、虛功率和零序功率的物理意義3.3.5 在p.q理論中避免Clarke變換3.3.6 改進的p-q理論3.4 瞬時abc理論3.4.1 采用最小化方法計算有功電流和非有功電流3.4.2 廣義Fryze電流最小化方3.5 p-q理論與abc理論的比較3.5.1 選擇需要補償?shù)墓β史至?.6 小結(jié)參考文獻。第4章 并聯(lián)型有源濾波器4.1 并聯(lián)型有源濾波器的一般性描述4.1.1 用于并聯(lián)型有源濾波器的PWM變流器4.1.2 有源濾波器的控制器4.2 三相三線并聯(lián)型有源濾波器4.2.1 用于功率恒定補償?shù)挠性礊V波器4.2.2 用于電流波形正弦化控制的有源濾波器4.2.3 用于電流最小化的有源濾波器4.2.4 用于諧波阻尼的有源濾波器4.2.5 數(shù)字控制器4.3 三相四線并聯(lián)型有源濾波器4.3.1 用于三相四線制系統(tǒng)的變流器拓撲4.3.2 動態(tài)滯環(huán)電流控制器4.3.3 有源濾波器的直流電壓調(diào)節(jié)器4.3.4 最優(yōu)功率流條件4.3.5 瞬時功率恒定控制策略4.3.6 電流波形正弦化控制策略4.3.7 性能分析和參數(shù)優(yōu)化4.4 并聯(lián)型選擇諧波補償4.5 小結(jié)參考文獻第5章 混合型與串聯(lián)型有源濾波器5.1 基本串聯(lián)型有源濾波器5.2 串聯(lián)型有源濾波器與并聯(lián)型無源濾波器的結(jié)合5.2.1 一個實驗系統(tǒng)的例子5.2.2 關于混合型濾波器的幾點評述5.3 串聯(lián)型有源濾波器與雙串聯(lián)二極管整流器的結(jié)合5.3.1 第l代控制電路5.3.2 第2代控制電路5.3.3 穩(wěn)定性分析和特性比較5.3.4 開關紋波濾波器的設計5.3.5 實驗結(jié)果5.4 純有源濾波器與混合型有源濾波器的比較54.1 低壓無變壓器的混合型有源濾波器5.4.2 低壓無變壓器的并聯(lián)型純有源濾波器5.4.3 仿真結(jié)果的比較5.5 結(jié)論參考文獻第6章 串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的電力調(diào)節(jié)器6.1 統(tǒng)一潮流控制器6.1.1 FACTS和UPFC原理6.1.2 uPFC的一種設計方法6.1.3 采用并聯(lián)多脈波變流器的uPFc方案6.2 統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器6.2.1 uPQc的一般性描述6.2.2 三相四線UPQC6.2.3 upcJC與無源濾波器結(jié)合(混合型uP(2c)6.3 通用有源線路調(diào)節(jié)器6.3.1 UPL.c的一般性描述6.3.2 UPLC的控制器6.3.3 UPLC的性能6.3.4 一般性問題6.4 小結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

　?。?）變壓器和電動機的過熱。電壓或電流中的諧波分量在變壓器和電動機的磁心中引起高頻磁通，這樣就產(chǎn)生高的損耗，從而導致這些電氣設備過熱。為了克服這個問題，將變壓器或電動機的容量放大5％～10％是很平常的事。　?。?）用于功率因數(shù)校正的電容器過熱。如果電網(wǎng)電抗與功率因數(shù)校正電容器構成的諧振頻率與某個非線性負載產(chǎn)生的諧波電流頻率相同，電容器中將會出現(xiàn)過電流。這可能會使它過熱，有可能導致?lián)p壞?！　。?）電壓波形畸變。諧波電流可能會引起電壓波形畸變，從而干擾其他電子設備的運行。當采用整流器時這是一件常見的事情。整流器電流使電壓波形畸變，出現(xiàn)凹口，從而改變電壓的過零點時刻。這會使整流器本身的控制電路紊亂，也會使其他設備的控制電路紊亂?！　。?）電壓閃變。在某些情況下，由非線性負載產(chǎn)生的諧波頻譜具有低于電網(wǎng)頻率的頻率分量。這些不合需要的頻率分量，特別是8-30Hz頻率范圍內(nèi)的分量，會在白熾燈中引起閃變效應，使人眼會產(chǎn)生非常不舒服的感覺。電弧爐是造成此類問題的一個主要根源?！　。?）干擾通信系統(tǒng)。非線性負載產(chǎn)生的諧波電流會對諸如電話、無線電、電視等通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。　　過去，這些問題是孤立的并且很少發(fā)生。現(xiàn)在，隨著電網(wǎng)中非線性負載數(shù)量的增加，它們已越來越常見。另一方面，對高效率和高可靠性系統(tǒng)的需求已迫使研究者尋找解決這些問題的方案。在很多情況下，諧波污染是不能容忍的。　　正如第3章將會證明的，對瞬時實功率和瞬時虛功率進行定義的理論是一個靈活的工具，它不但可用于諧波補償，而且可用于無功功率補償。舉例來說，如果熟悉理論，那么就能更好地理解本章參考文獻[20]所提出的柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）裝置。　　上述的所有問題激勵了筆者寫作本書，它將對消除電力系統(tǒng)的諧波作出貢獻。此外，本書還將給出一個理論有意義的應用例子，即用于輸電線路的潮流控制。理論也可用于控制接在電網(wǎng)上的變流器，例如用于太陽能系統(tǒng)的變流器，并可擴展用于其他分布式發(fā)電系統(tǒng)，例如風力發(fā)電系統(tǒng)和燃料電池。

編輯推薦

　　《瞬時功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用》深入評價了多種功率理論，展示了瞬時功率理論是理解和設計電力調(diào)節(jié)用有源濾波器的重要理論基礎。家用電器和工業(yè)領域中廣泛應用的非線性負載造成了嚴重的諧波污染，有源濾波器對減輕諧波污染具有非常重要的作用。作為此新興技術領域唯一的一本專著.《瞬時功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用》還展示了瞬時功率理論如何應用于串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合的濾波器以及柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）中。　　《瞬時功率理論及其在電力調(diào)節(jié)中的應用》由此領域的世界一流專家所撰寫，內(nèi)容包括：　　具有不同結(jié)構的并聯(lián)型有源濾波器?！　〈?lián)型有源濾波器，包括有源和無源濾波器相結(jié)合的混合型結(jié)構.　　串聯(lián)和并聯(lián)電力調(diào)節(jié)器的結(jié)合.包括統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）和統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）等。

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