近年来，由于现代电力系统的发展趋势、负载分布的多样性以及对集成可再生能源的高需求，电力电子技术引起了极大的关注。尽管学术界和工业界有很多关于电力电子技术的图书可供使用，但缺乏适合初学者和自学者有效学习现代电力电子学的图书。由于自1880年以来交流电一直在应用中占主导地位，因此传统的电力电子工程师专注于AC/DC功率变换和AC/AC功率变换。例如，许多电力电子图书重点讲解使用各种AC/DC整流器在各种负载情况的分析和设计，而这些整流器通常由二极管或晶闸管构成。然而，由于更严格的电能质量要求以及整流器功能单一的一些拓扑结构已被淘汰，最新的电力电子设备依赖于使用现代功率半导体的有源开关技术，而本书的一个显著特点是关注最新的技术和解决方案。
本书首先介绍非隔离型DC/DC变换器结构以说明开关的概念，这是电力电子学的基础，这个概念对于学习者来说是必不可少的，因为越来越多的发电系统和负荷采用直流电而不是交流电。特别地，本书第9章专门介绍双向直流/交流装置，广泛用于可充电电池、超级电容器和固态变压器。在本书中，电力电子学中每个重要内容都在一个清晰的框架内给出，通过循序渐进的方法帮助读者逐步积累知识，例如，DC/AC变换（第5章）和AC/DC变换（第6章）的知识自然会成为隔离型DC/DC变换器（第7章）的基础，因为许多拓扑都是两级变换器的集成，最终形成的变换器就是带隔离变压器的DC/AC/DC结构。循序渐进的叙述方法来自作者在电力电子和可再生能源系统方面的自学和教学经验。
动态建模方法按照从高度非线性到分段线性可分为多个类别，包括开关模型、平均值模型和小信号模型。在MATLAB/Simulink的基本模块中，开发了开关动态相关的模块(MATLAB/Simulink是一种广泛使用的商业软件)。平均值动态模型可用于快速仿真和非线性控制仿真，但会导致开关切换过程的不可知性。在具有大量功率变换器和分布式发电机组系统的长期运行中，平均值动态模型已被证明可有效模拟实际系统。此外，动态建模的最后步骤关注以动态分析和线性控制理论为基础的线性数学函数，对于闭环控制器设计，引入了拟合参数化技术，将控制器参数转化为系统的稳定性和动态性能。循序渐进的方法使读者能够了解系统仿真的基础知识，并建立线性控制理论和电力电子学之间的桥梁。
本书可作为参考书，也可作为高等院校电力电子相关课程的教材。本书还涵盖了实用的设计主题，这些主题对于寻求通过自学或专业培训掌握电力电子技术的行业读者非常有用。建议读者首先熟悉电子学、信号理论和线性控制工程领域的基本知识，以便更好地掌握本书所讲内容。
1. 本书特色
本书全面涵盖现代电力电子和控制工程基础学科。具体如下：
介绍了开发电力电子的常用平台和工具。
根据信号波形、功率流向和电压电平对电力电子应用进行全面分类。
本书的一个重要特点是强调计算机辅助分析、设计和评估。在不失一般性的情况下，使用Simulink中的基本模块构建所有仿真模型并进行数学分析。
涵盖现代电力电子设备必不可少的有源开关的驱动电路。
由于可充电电池等能量存储的使用越来越多，因此双向DC/DC变换器在工业中得到了广泛采用，本书详细介绍了双向DC/DC变换器的拓扑结构。
仿真建模遵循模块化和循序渐进的方法，因此变换器系统被划分为单独的模块，包括功率系统、低通滤波器、负载、信号调制和控制。开发遵循易于操作的原则，创建一个易于理解、构建和调试的清晰框架。
为大多数变换器拓扑和相关调制方法构建仿真模型，供读者参考。
通过一个专门的章节演示使用平均值技术进行建模和仿真。平均值技术是通用的，包括连续导通模式和不连续导通模式。
将动态分析所建立的数学模型和控制器的综合与变换器仿真讨论进行分离，采用线性化和小信号方法构建线性模型，以适用于阻尼、速度、稳定性和鲁棒性分析的完善的线性控制理论。
大多数章节以案例研究的形式提供大量实际示例，以演示和验证设计。读者可以通过各种计算机辅助设计和分析平台复制结果，这也为开发和评估新系统提供系统的方法。
通过大量的图表、图形、方程式和表格清晰地解释主题。绘制大量流程图，以显示系统的设计和元件逐步选择的过程。
为希望掌握电力电子学的人员推荐工具和设备类型，包括电气计算机辅助设计、仿真平台和硬件。
每章末尾都有一个全面的总结。
2. 章节组织
本书分12章，组织方式易于阅读和理解。本书逐步介绍电力电子系统的各个组成部分和控制部件。简要说明如下：
第1章简要介绍电力电子学的背景。为避免歧义，本章对一些重要的术语进行了说明。
第2章介绍电力电子的重要组成元件。二极管的诞生开辟了崭新的电力电子时代，开关技术助推了各种晶体管和晶闸管的发展。本章还讨论了功率电感器、电容器和电阻器的特性。
第3章介绍最经典的非隔离型DC/DC变换器拓扑，即Buck、Boost、BuckBoost以及C＇uk变换器。每个工作状态都得到仿真验证。
第4章重点说明功率计算以估算等效功率、损耗和功率质量，并说明驱动电路的必要性。
第5章讨论直流到单相交流电力变换，特别是为实现该类型变换采用的桥式电路和调制方法。
第6章介绍从单相交流电到直流电的电力变换，并说明电能质量问题。
第7章介绍隔离型DC/DC变换器，该类型变换器是以前几章拓扑为基础建立的。
第8章介绍三相交流电能变换，涵盖DC/AC、AC/DC和AC/AC变换。此外，还介绍了直流到三相交流变换的调制方式。
第9章重点介绍双向变换器，包括非隔离型DC/DC双向变换器、隔离型DC/DC双向变换器和DC/AC双向变换器，介绍并分析双有源桥双向变换器的拓扑。
第10章介绍在连续导通模式和不连续导通模式情况下对不同变换器进行平均值动态建模和快速仿真的技术。
第11章讨论用于动态分析的变换器数学建模。线性化的方法广泛用于推导小信号模型，也用于对非最小相位问题进行讨论。
第12章介绍控制系统分析和设计，参数拟合作为一种系统方法被引入，用于设计综合考虑稳定性、鲁棒性和性能平衡的功率变换器控制器。
3. 技术支持
本书所有案例的建模和仿真都是基于MATLAB和Simulink的基本功能开发的，这有助于读者理解变换器的基本原理。采用MATLAB和Simulink软件的R2018b版本或更高版本，可重复示例案例的结果或进行新的相关研究。
肖卫东（Weidong Xiao）
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