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| 編輯推薦： |
针对高比例分布式新能源与新型直流负荷的大规模接入，直流配用电系统可有效减少变换环节，提高系统效率，促进新能源就地消纳，是构建新型电力系统的重要途径。东南大学陈武教授等撰写的著作《直流配用电系统的小信号稳定性分析及致稳控制》，从直流配用电系统的稳定性问题出发，采用阻抗分析法介绍了多类型直流配用电系统的稳定性评估、改进和设计方法，顺应了当前“碳达峰、碳中和”这一国家政策和直流配网快速发展的时代背景。
目前，市场上同类书籍多采用基于状态空间的分析方法研究电力系统的稳定性问题。尽管阻抗分析法近年来在学术界受到了广泛关注和青睐，但尚缺乏学术著作全面、系统地介绍阻抗分析法在直流配用电系统中的应用。在当前直流配用电系统示范工程和科技项目不断涌现的背景下，本书不仅可以为从事相关领域研究的学者和工程师提供较为详细全面的理论支持，还可以为现有直流配用电系统的设计和改造提供一定的技术指导。
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| 內容簡介： |
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本书针对直流配用电系统的小信号稳定性问题，从系统建模、稳定判据方法、致稳控制与稳定设计几个层面进行了系统性阐述。本书共10章，除第1章绪论外，其余章节主要分为三个部分：第2章简要介绍了本书所涉及的基本概念和控制原理，重点推导了典型 DCDC 变换器和电压源换流器在不同控制方式下的闭环小信号等效模型；第3～8章由浅入深依次探讨了不同类型直流配用电系统的小信号建模与稳定分析方法，同时提出了多种稳定判据及其应用方法；第9、10章则针对直流配用电系统的致稳控制与稳定设计，重点讨论了恒功率负载的输入阻抗重塑方法，以及电压源换流器与直流变压器端口阻抗的设计规范。
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| 關於作者： |
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陈武，教授，博士生导师，IET Fellow，东南大学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。主持国家自然科学基金3项、国家重点研发计划课题1项。研究成果发表SCI/EI论文100余篇，出版专著5部；已获授权美国专利8项、中国发明专利50余项。获国家自然科学基金优秀青年基金资助、江苏省科学技术一等奖、自然科学一等奖、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等荣誉与奖励。
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| 目錄：
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前言
第1章绪论1
1.1研究背景1
1.2直流配用电系统小信号稳定性研究现状4
1.2.1基于状态空间模型的特征值分析法4
1.2.2阻抗分析法5
1.3直流配用电系统稳定性提升方法研究现状14
1.3.1基于无源元件的稳定性提升方法15
1.3.2基于源侧虚拟阻抗控制的稳定性提升方法16
1.3.3基于负载侧虚拟阻抗控制的稳定性提升方法17
1.3.4基于振荡抑制设备的稳定性提升方法19
1.4本书的主要内容20
第2章相关控制理论简介与电力电子变换器小信号建模21
2.1相关控制理论的基本概念与频域稳定判据21
2.1.1传递函数21
2.1.2控制系统稳定性的概念与稳定判据22
2.1.3稳定裕度25
2.2网络理论26
2.2.1一端口网络及其等效电路26
2.2.2二端口网络及其参数方程27
2.2.3多端口网络及其参数方程27
2.3 DC-DC变换器的小信号建模方法28
2.3.1DC-DC变换器的开环小信号模型28
2.3.2基于单电压环控制的DC-DC变换器小信号模型34
2.3.3基于单电流环控制的DC-DC变换器小信号模型36
2.3.4基于下垂控制的DC-DC变换器小信号模型36
2.3.5基于电压电流双闭环控制的DC-DC变换器小信号模型37
2.4电压源换流器(VSC)的小信号建模方法39
2.4.1 VSC的开环小信号模型39
2.4.2基于电压电流双闭环控制的VSC闭环小信号模型43
2.4.3基于P-Q控制的VSC闭环小信号模型46
2.5本章小结48
第3章两变换器级联直流系统稳定分析与判据49
3.1系统建模与稳定性分析49
3.1.1系统小信号模型49
3.1.2小信号稳定性分析50
3.2小信号稳定判据及对比分析51
3.2.1阻抗比判据51
3.2.2反阻抗比判据52
3.2.3阻抗和判据53
3.2.4导纳和判据53
3.2.5母线阻抗判据与无源判据54
3.2.6几类稳定判据的对比分析54
3.3案例分析与实验验证56
3.3.1系统介绍56
3.3.2基于阻抗比判据的稳定性分析57
3.3.3基于反阻抗比判据的稳定性分析58
3.3.4基于阻抗和判据的稳定性分析60
3.3.5基于导纳和判据的稳定性分析60
3.3.6基于母线阻抗的稳定性分析61
3.3.7实验验证62
3.4本章小结63
第4章多变换器单母线直流配用电系统稳定分析与判据64
4.1系统建模与稳定性分析64
4.1.1系统统一形式与小信号模型64
4.1.2小信号稳定性分析66
4.2小信号稳定判据及对比分析67
4.2.1子系统阻抗比判据67
4.2.2全局导纳判据69
4.2.3母线阻抗判据70
4.2.4无右半平面极点型判据71
4.3案例分析与实验验证72
4.3.1案例1：单电压源多负载系统72
4.3.2案例2：基于下垂控制的多电压源直流配用电系统79
4.4本章小结85
第5章分布式直流配用电系统稳定分析与判据87
5.1系统建模与小信号稳定性分析87
5.2基于阻抗行列式的稳定判据90
5.2.1阻抗行列式判据90
5.2.2与其他行列式判据的对比分析91
5.2.3阻抗行列式判据与无右半平面极点型判据的相关性93
5.3基于母线节点阻抗的稳定判据95
5.3.1母线节点阻抗判据95
5.3.2母线节点阻抗判据与母线阻抗判据的相关性96
5.3.3母线节点阻抗判据与阻抗行列式判据的简单比较97
5.4案例分析与实验验证97
5.4.1系统介绍97
5.4.2基于阻抗行列式判据的稳定性分析99
5.4.3基于母线节点阻抗判据的稳定性分析100
5.4.4实验验证101
5.5本章小结103
第6章接入弱电网的直流配用电系统稳定分析与判据105
6.1系统建模105
6.2稳定性分析与基于等效环路增益的稳定判据109
6.3基于子系统的稳定判据113
6.3.1基于交流侧子系统回路比矩阵的稳定判据113
6.3.2基于直流侧子系统阻抗比的稳定判据114
6.3.3四种稳定判据的对比分析115
6.4案例分析与实验验证116
6.4.1系统介绍116
6.4.2基于等效环路增益的稳定性分析117
6.4.3基于子系统的稳定性分析119
6.4.4实验验证121
6.5本章小结123
第7章两电压等级直流配用电系统稳定分析与判据124
7.1三级级联直流系统124
7.1.1系统建模124
7.1.2小信号稳定性分析与稳定判据127
7.1.3子系统稳定性与系统全局稳定性的关系131
7.2两电压等级直流配用电系统133
7.2.1系统建模133
7.2.2稳定性分析139
7.2.3基于等效环路增益的稳定判据142
7.2.4基于子系统阻抗比的稳定判据144
7.2.5基于母线阻抗的稳定判据148
7.3案例分析与实验验证149
7.3.1案例1：三级级联直流系统149
7.3.2案例2：直流变压器采用输出电流控制的两电压等级直流配用电系统159
7.4本章小结167
第8章多电压等级直流配用电系统稳定分析与判据168
8.1级联型多电压等级直流配用电系统168
8.1.1系统建模168
8.1.2系统小信号稳定性分析方法173
8.2并联型多电压等级直流配用电系统176
8.2.1系统建模176
8.2.2系统小信号稳定性分析方法180
8.3案例分析与实验验证182
8.3.1系统介绍182
8.3.2系统稳定性分析182
8.3.3实验验证186
8.4本章小结189
第9章用于提高级联直流系统稳定性的虚拟阻抗控制策略190
9.1级联直流系统不稳定问题与阻抗重塑思路190
9.1.1级联直流系统阻抗特性与失稳机理190
9.1.2阻抗重塑基本思路191
9.2四种提高级联直流系统稳定性的虚拟阻抗控制策略193
9.2.1源侧串联虚拟阻抗控制策略193
9.2.2源侧并联虚拟阻抗控制策略195
9.2.3负载侧串联虚拟阻抗控制策略197
9.2.4负载侧并联虚拟阻抗控制策略199
9.3面向Buck类恒功率负载的功率自适应并联虚拟阻抗控制策略201
9.3.1Buck类恒功率负载的传递函数与输入阻抗特性201
9.3.2自适应并联虚拟阻抗设计202
9.3.3控制器设计与简化203
9.3.4控制器的数字实现205
9.4案例分析与实验验证206
9.4.1系统介绍206
9.4.2系统稳定性与动态特性分析206
9.4.3实验验证209
9.5本章小结210
第10章直流配用电系统阻抗稳定规范211
10.1多类型负载的幅相频率特性211
10.2接入弱电网的直流配用电系统阻抗稳定规范213
10.2.1系统稳定的充分非必要条件213
10.2.2 AC-DC变换器的交流侧导纳稳定边界条件214
10.2.3直流侧阻抗稳定边界条件216
10.3多电压等级直流配用电系统阻抗稳定规范217
10.3.1系统稳定的充分非必要条件217
10.3.2直流变压器输出阻抗的稳定边界条件220
10.3.3电压源输出阻抗的稳定边界条件221
10.4案例分析与实验验证223
10.4.1案例1：接入弱电网的直流配用电系统阻抗稳定设计223
10.4.2案例2：多电压等级直流配用电系统阻抗稳定设计229
10.5本章小结231
附录A必要的数学证明与计算233
参考文献237
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| 內容試閱：
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近年来，在国家“碳达峰、碳中和”战略目标的核心引领，以及新能源高效利用与直流负荷可靠供电的需求驱动背景下，直流配用电技术得到快速发展，多个直流配用电系统示范工程相继建成投运。直流配用电系统凭借其新能源接入的灵活性和直流设备供电的便利性等优点，在数据中心、低碳建筑、飞机舰船、轨道交通等领域扮演着重要角色，已成为构建新型电力系统的关键环节之一。然而，在高渗透率新能源接入与大规模直流负荷供电场景下，直流配用电系统的稳定性问题逐渐显现：大量电气设备的控制环路交互作用越发复杂，端口阻抗耦合也越发紧密，加剧了直流配用电系统的失稳风险，增大了系统稳定控制和设计难度。因此，在直流配用电技术方兴未艾的当下，深入开展直流配用电系统的稳定性研究，对于保障系统稳定安全运行十分必要。
一般来说，直流配用电系统的稳定性问题包括两类：一是大信号稳定问题，二是小信号稳定问题。鉴于系统大信号稳定的前提是小信号必须稳定，因此首要任务是解决直流配用电系统的小信号稳定问题。1976年，美国Middlebrook教授首次基于阻抗来设计变频器负载的滤波器参数，开启了阻抗分析法在直流电源系统稳定设计中的应用。近半个世纪以来，阻抗分析法因其清晰的物理意义与可测量优势，在大量研究论文中得到应用并不断发展，但这方面的专著却相对稀缺，本书正是在这样的背景下开始规划和撰写的。
本书总结了东南大学电气工程学院陈武教授团队在直流配用电系统小信号稳定性研究方面的工作积累，是研究团队共同努力的成果之一。本书共分为10章。第1章介绍了直流配用电系统小信号稳定性的概念和研究背景，详细回顾了阻抗分析法的发展历程，并阐述了多种系统稳定性提升方法。第2章简要介绍了与直流配用电系统小信号稳定分析相关的控制理论基本概念与频域稳定判据，重点推导和分析了典型 DCDC 变换器和电压源换流器采用不同控制方式时的闭环小信号数学模型与等效电路模型。第3章介绍了两变换器级联直流系统的小信号建模与稳定性评估方法，详细对比分析了五种阻抗稳定判据的优缺点。第4章探讨了多变换器单母线直流配用电系统的小信号建模与稳定分析方法，推导了基于阻抗的系统特征方程，同时提出了子系统阻抗比判据、全局导纳判据、母线阻抗判据与无右半平面极点型判据。第5～8章进一步介绍了几类多母线直流配用电系统的小信号模型与稳定判据，包括各类型系统小信号稳定分析时所面临的特殊问题，以及相应稳定判据与其他类型系统稳定判据之间的关系等。第9章讨论了基于阻抗重塑的直流配用电系统致稳控制方法，同时面向Buck类恒功率负载提出了一种功率自适应并联虚拟阻抗控制策略，有效抑制了不同负载功率下的系统振荡。第10章通过分析多类型负载的阻抗频率特性，面向多电压等级直流配用电系统，提出了电压源换流器与直流变压器端口阻抗的稳定边界条件（即阻抗规范），以保障整个系统稳定运行。本书在对关键概念、控制理论进行细致推导和讲解的同时，还给出了多种分析案例，便于读者掌握直流配用电系统的小信号稳定分析和设计流程，提升学习效率。
本书的内容规划、整理和撰写工作主要由陈武教授、何棒棒博士和穆涵博士共同完成。参与本书相关课题研究工作的硕士还有潘鹏鹏、章纯和詹丁等，在此对他们的辛勤付出和不懈努力表示感谢。
本书的相关研究工作得到了以下科学基金与科技项目的大力资助，在此也表示衷心感谢：国家自然科学基金优秀青年科学基金项目“电力电子功率变换”（51922028）、国家重点研发计划子课题“直流并网分布式光伏与系统的相互影响及集成设计技术”（2018YFB0904103）、国家电网公司总部科技项目“基于高性能功率器件的高品质供用电关键技术研究”（5108202218280A-2-229-XG）。
本书得到了机械工业出版社的大力支持，他们在编辑、校对和出版过程中提供的专业帮助，确保了本书的顺利出版，特此致谢。
限于作者水平和编写时间，书中难免存在疏漏甚至谬误之处，敬请各位前辈和同行不吝指正。
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