电力晶闸管的诞生开创了电力电子技术，同时也开启了电力电子技术在电力系统的应用，早期的同步发电机励磁、静止无功补偿技术和高压直流输电技术就是这种应用的典型代表。随着新型全控型高频电力电子器件的出现，以电压源换流器电路及其PWM控制技术为主流的新型电力电子技术迅速应用到电力系统的各个方面，为电力系统的全面进步提供了技术支撑。同向前、伍文俊、任碧莹等编著的《电压源换流器在电力系统中的应用》将根据电力电子技术在电力系统控制中的最新应用和作者的相关研究成果，重点介绍电压源换流器在配电系统中的主要应用技术。

全书共分6章。前两章为综述和基础部分，介绍了电力电子技术在电力系统控制中的应用概况和电压源换流器的电路拓扑、数学模型和PWM控制策略；后4章为应用部分，分别阐述了电压源换流器在静止无功补偿、柔性直流输电、电力谐波抑制和分布式电源方面的具体应用。

基于全控型器件的电压源换流器是现代电力电子电路的典型代表，在工业和电力系统两大领域应用广泛，同向前、伍文俊、任碧莹等编著的《电压源换流器在电力系统中的应用》主要阐述电压源换流器在电力系统控制中的应用。

《电压源换流器在电力系统中的应用》讲述了电力电子技术对电力系统发展的促进作用，阐述了电压源换流器的常用电路拓扑和PWM控制原理，结合电路仿真，全面论述了基于电压源换流器的静止同步补偿器、柔性直流输电、有源电力滤波器和分布式电源并网换流器的电路拓扑、工作原理、数学模型、控制策略和参数设计。

本书可供从事电能质量研究、电力电子装置的设计开发与应用、电力系统的设计分析与运行的工程技术人员阅读，也可作为高等院校电气工程及其自动化专业研究生的教学参考书。

电力电子新技术系列图书序言

前言

第1章 电力系统及其电力电子控制1

 1.1 电力系统的发展1

 1.2 电力系统的结构与等效分析3

1.2.1 电力系统的结构3

1.2.2 电力系统的等效分析5

 1.3 电力系统的运行特性6

1.3.1 有功功率-频率静态特性6

1.3.2 无功功率-电压静态特性7

 1.4 电能质量8

1.4.1 电压偏差8

1.4.2 电压波动与闪变9

1.4.3 电力谐波9

1.4.4 三相不平衡10

 1.5 电力系统中的电力电子控制新技术12

 1.6 坐标变换与方向定义15

 参考文献17

第2章 电压源换流器及其PWM控制19

 2.1 电压源换流器的电路拓扑19

2.1.1 两电平电压源换流器19

2.1.2 三电平电压源换流器19

2.1.3 级联多电平电压源换流器21

 2.2 电压源换流器的工作原理和数学模型23

2.2.1 两电平电压源换流器的工作原理与开关函数模型23

2.2.2 三电平电压源换流器的工作原理与开关函数模型25

2.2.3 电压源换流器的基频控制模型28

2.2.4 电压源换流器的运行状态30

 2.3 两电平电压源换流器的PWM控制策略31

2.3.1 滞环比较控制PWM策略31

2.3.2 定频控制PWM策略33

2.3.3 正弦波脉宽调制（SPWM）34

2.3.4 空间电压矢量脉宽调制（SVPWM）36

 2.4 三电平电压源换流器的PWM控制策略42

2.4.1 传统电压矢量脉宽调制42

2.4.2 弃用中矢量的电压矢量脉宽调制48

2.4.3 虚拟合成矢量的电压矢量脉宽调制53

 2.5 级联电压源换流器的PWM控制策略57

2.5.1 优化阶梯波宽度调制法57

2.5.2 三角载波移相SPWM法58

2.5.3 载波层叠PWM法58

2.5.4 开关频率优化SPWM法59

2.5.5 混合PWM法60

 2.6 电压源换流器的优化脉宽调制（OPWM）63

2.6.1 优化SPWM63

2.6.2 空间电压矢量的最小损耗脉宽调制66

2.6.3 特定谐波消去PWM（SHEPWM）法69

 参考文献71

第3章 基于VSC的静止无功补偿技术74

 3.1 概述74

3.1.1 无功功率的测量计算74

3.1.2 无功补偿的效益76

3.1.3 无功补偿容量的估算77

3.1.4 无功补偿装置的分类与比较78

 3.2 SVG的结构与原理81

3.2.1 低压SVG的主电路结构81

3.2.2 高压SVG的主电路结构83

3.2.3 SVG的工作原理85

 3.3 SVG的控制方式88

3.3.1 他励单变量控制88

3.3.2 他励双变量控制89

3.3.3 自励单变量控制89

3.3.4 自励双变量控制90

 3.4 SVG的通用数学模型91

3.4.1 基于串联电抗的稳态功率模型91

3.4.2 基于损耗等效电阻的稳态功率模型91

3.4.3 稳态标幺化模型与静态运行特性92

3.4.4 基频控制模型95

 3.5 SVG的控制与仿真97

3.5.1 自励单变量控制系统与参数设计98

3.5.2 基于SVG电路模型的PSIM仿真100

3.5.3 基于传递函数模型的MATLAB仿真102

 3.6 电源电压扰动对SVG的影响与对策105

3.6.1 电源电压不平衡引起的直流侧电压波动和交流侧非基波正序电流105

3.6.2 电源电压谐波引起的直流侧电压波动和交流侧谐波电流108

3.6.3 电源电压质量影响的前馈解决方案111

 3.7 SVG串联电抗器的选择114

3.7.1 按照允许谐波电流选择电抗率114

3.7.2 按照电压应力选择电抗率115

3.7.3 按照抗干扰能力选择电抗率116

 3.8 SVG直流电容器的选择116

3.8.1 PWM控制对直流电压波动的影响及电容器的选择117

3.8.2 无功变化对直流电压波动的影响及电容器的选择117

3.8.3 电源电压质量对直流电压波动的影响及电容器的选择118

 3.9 基于SVG的混合型动态无功补偿系统119

3.9.1 SVG+FC结构119

3.9.2 SVG+MSC/TSC结构119

 参考文献120

第4章 VSC-HVDC技术122

 4.1 直流输电的特点与运行方式122

4.1.1 直流输电与交流输电的比较122

4.1.2 VSC-HVDC的运行方式124

 4.2 VSC-HVDC的结构与原理125

4.2.1 VSC-HVDC系统的组成结构125

4.2.2 VSC-HVDC的特点130

4.2.3 VSC-HVDC系统的稳态工作原理131

4.2.4 VSC-HVDC的四象限功率运行特性134

4.2.5 VSC-HVDC的基频控制模型136

 4.3 VSC-HVDC的控制策略140

4.3.1 VSC-HVDC的控制系统结构体系140

4.3.2 VSC-HVDC系统的控制目标142

4.3.3 VSC-HVDC的幅相控制143

4.3.4 VSC-HVDC的选择性控制146

4.3.5 VSC-HVDC的矢量控制147

 4.4 VSC-HVDC系统的暂态过程仿真152

4.4.1 VSC-HVDC系统仿真模型与参数152

4.4.2 幅相控制方式下的仿真154

4.4.3 矢量控制方式下的仿真156

 4.5 IGBT串联阀均压技术158

4.5.1 RCD吸收电路与门极平衡核的复合均压技术159

4.5.2 基于门极RCD有源控制的均压技术164

 4.6 VSC-HVDC系统的故障分析与诊断173

4.6.1 VSC-HVDC系统的故障分类173

4.6.2 VSC-HVDC系统的故障特征分析174

4.6.3 VSC-HVDC故障诊断方法177

 参考文献179

第5章 基于VSC的谐波抑制技术181

 5.1 引言181

 5.2 谐波电流的检测原理183

5.2.1 三相对称系统总谐波电流的检测184

5.2.2 三相对称系统单次谐波电流的检测186

5.2.3 单相系统单次谐波电流的检测186

 5.3 并联型有源电力滤波器190

5.3.1 并联型有源电力滤波器的电路拓扑与信号采样190

5.3.2 并联型APF的PWM控制策略191

5.3.3 APF直流电压的控制199

5.3.4 并联型有源电力滤波器的补偿策略200

5.3.5 并联型有源电力滤波器的参数设计203

5.3.6 并联型有源电力滤波器的扩容方案207

 5.4 有源调谐型混合电力滤波器（ATHPF）209

5.4.1 引言209

5.4.2 ATHPF的结构与原理211

5.4.3 ATHPF的控制与保护212

5.4.4 ATHPF的参数优化设计216

5.4.5 ATHPF的仿真218

5.4.6 ATHPF的特点与应用220

 参考文献221

第6章 基于VSC的分布式电源技术223

 6.1 分布式电源并网换流器的技术要求224

 6.2 光伏发电并网技术225

6.2.1 光伏电池原理226

6.2.2 最大功率点跟踪（MPPT）方法227

6.2.3 光伏发电并网的结构及控制231

 6.3 风力发电并网技术242

6.3.1 风力发电的基本结构和原理243

6.3.2 最大风能捕获原理243

6.3.3 基于电压源换流器的并网结构及其控制244

 6.4 微电网中分布式电源控制技术250

6.4.1 恒功率控制252

6.4.2 下垂控制253

6.4.3 电压频率控制256

 6.5 孤岛保护258

6.5.1 孤岛检测方法258

6.5.2 基于周期交替扰动法的孤岛检测259

 6.6 并网换流器的锁相同步技术263

6.6.1 锁相同步技术263

6.6.2 锁相同步性能的评价266

 参考文献269