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| 編輯推薦： |
在新能源高比例渗透、电网向 “源网荷储” 多元形态转型的背景下，构网型功率变流器（Grid-Forming Converter）已成为解决电网惯量缺失、电压频率稳定控制的核心技术支撑，而当前市场中兼具理论深度与工程实用性的专业著作极为稀缺 ——《构网型功率变流器 —— 控制与应用》的出版，恰好填补了这一空白。?
本书由深耕电力电子与新能源电网领域多年的专家撰写，内容架构兼具 “系统性” 与 “针对性”：从构网型变流器的拓扑结构、数学建模基础入手，层层深入讲解虚拟同步机（VSM）控制、下垂控制、无通信协同控制等核心算法，既涵盖经典理论推导，又融入近年来 “低惯量电网下的稳定性优化”“高比例新能源接入的协调控制” 等前沿研究成果；尤为难得的是，书中结合国内多个新能源电站（如光伏电站、储能电站）的实际应用案例，详细拆解控制策略设计、参数整定、仿真验证及现场调试的全流程，并附上 MATLAB/Simulink 仿真代码与关键设备选型建议，真正实现 “理论落地工程实践”。?
无论你是电气工程专业的高校师生（可作为课程教材与科研参考）、新能源企业的研发工程师（能直接指导控制策略设计与设备调试），还
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| 內容簡介： |
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本书讨论了基于逆变器电源应用的构网型变流器，描述了构网型变流器的工作原理、数学模型、控制策略，以及电网接入构网型变流器面临的挑战（如低惯量系统和弱电网特性）和应用案例等。本书不仅向读者展示了构网型变流器和跟网型变流器的本质区别，还向读者介绍了构网型变流器在工程应用中的若干关键技术问题及解决办法，使读者能够全面掌握构网型变流器相关的基础知识，为构网型变流器的研发和应用提供理论依据。本书适合作为电气工程与储能领域的工程技术与科研开发人员的研究与工程应用参考书，也适合作为电气能源类专业高年级本科生、研究生的教学参考书。也适合从事电力电子技术、电力系统分析的工程师和科研人员阅读。
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| 關於作者： |
Nabil Mohammed博士是莫纳什大学的博士后研究员。他获得了澳大利亚新南威尔士州悉尼市麦考瑞大学的电力电子专业博士学位。2019年夏，他在丹麦奥尔堡大学能源技术系任客座研究员。他的研究方向包括电力电子变换器、可再生能源发电和一体化电力系统、微电网、储能和管理系统，以及电力系统的建模和控制。
Hassan Haes Alhelou教授是IEEE的高级成员。他在莫纳什大学（Clayton校区）电气和计算机系统工程系工作。同时，他还是叙利亚蒂什林大学的教授，也是阿曼卡布斯苏丹大学的顾问。在此之前，他在爱尔兰都柏林大学（UCD）电气与电子工程学院工作，2020—2021年，他在伊朗伊斯法罕理工大学（IUT）工作。他于2011年在蒂什林大学获得学士学位，之后在伊斯法罕理工大学获得硕士和博士学位，期间获得多项荣誉。他入选了2018年和2019年Publons and Web of Science (WoS)全球工程和交叉领域前1%的最佳审稿人和研究人员名单。他是2011年在埃及亚历山大大学举办的阿拉伯学生论坛创意最佳年轻研究人员获得者，总共有来自16个国家的61名研究人员参评。他还获得了CSEE Journal of Power and Energy Systems （SCI IF: 3.938; Q1）2021/2022年度优秀论文奖。他在高质量期刊和国际会议上发表了200多篇研究论文。他的研究论文被引用2550次，其中H指数为26，i指数为56。他独著/参编了15本书，这些书在Springer、IET、Wiley、Elsevier、Taylor & Francis Group等知名出版社出版。他在IEEE Systems Journal，Computers and
Electrical Engineering（CAEE-Elsevier），IET Journal of Engineering以及 Smart Cities
等多个著名期刊担任编辑。他还在IEEE Transactions on Power Systems，IEEE Transactions on Smart Grid，IEEE Transactions on Industrial Informatics，IEEE Transactions on Industrial Electronics，Energy Conversion and Management，Applied Energy和 International Journal of Electrical Power & Energy Systems等知名期刊发表了800多篇评论。他参与了超过15个国际工业项目。他的主要研究方向是可再生能源系统，电力系统，电力系统安全，电力系统动力学，电力系统网络安全，电力系统运行、控制、动态状态估计、频率控制，智能电网，微电网，响应要求和负荷削减。
Behrooz Bahrani博士是澳大利亚墨尔本莫纳什大学电网创新中心的一名高级讲师和负责人。他分别于2006年获得伊朗德黑兰谢里夫理工大学的理学学士学位；2008年获得加拿大安大略省多伦多市多伦多大学的理学硕士学位；2012年获得瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的电气工程博士学位。2012年9月至2015年9月，他曾是瑞士洛桑联邦理工学院、美国印第安纳州西拉斐特普渡大学、美国佐治亚州亚特兰大佐治亚理工学院及德国慕尼黑工业大学的博士后研究员。他的研究方向包括电力电子变换器控制、电力电子变换器在电力系统中的应用，以及可再生能源接入集成逆变器电源。
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| 目錄：
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译者序
原书序
原书前言
作者简介
本书简介
第1章 构网型变流器介绍1
1.1 概述1
1.2 虚拟同步发电机3
1.3 跟网型变流器和构网型变流器3
1.4 跟网型变流器和构网型
变流器比较5
1.5 框架建模7
1.6 构网型变流器控制方法8
1.7 构网型变流器面临的挑战9
1.8 讨论10
1.9 总结11
参考文献11
第2章 构网型变流器的规范和
并网标准14
2.1 引言14
2.2 高占比逆变器电源的系统稀缺性和稳定性问题14
2.3 构网型变流器、跟网型变流器和同步电源的比较：系统服务视角16
2.4 构网型变流器的系统服务和
性能要求18
2.5 构网型变流器大规模集成面临的
挑战22
2.6 构网型变流器在电力系统中大规模应用的路径23
2.7 构网型变流器并网导则的现状和
进展25
2.8 总结30
参考文献30
第3章 电力系统中构网型变流器的
要求34
3.1 引言：背景与驱动因素34
3.2 频率响应与控制35
3.2.1 惯量35
3.2.2 一次频率与下垂控制37
3.2.3 快速频率响应38
3.2.4 实现构网能力所需的能量储备/储存38
3.3 有功功率要求40
3.4 快速故障电流注入和短路贡献40
3.5 故障穿越41
3.5.1 电压穿越41
3.5.2 频率穿越42
3.6 无功功率要求与电压调节43
3.7 黑启动与孤岛运行44
参考文献45
第4章 构网型变流器的性能需求和
通用模型47
4.1 引言47
4.2 不同构网控制类型的相似性48
4.2.1 B型下垂构网控制49
4.2.2 构网控制比较52
4.3 面向构网型变流器性能的互连
要求54
4.4 用于大系统研究的通用模型发展58
4.5 总结64
参考文献64
第5章 构网型变流器的建模与
控制67
5.1 引言67
5.2 构网型变流器基本定义68
5.3 构网型变流器建模70
5.4 构网型变流器控制71
5.4.1 构网型变流器通用控制结构71
5.4.2 外环：功率同步环71
5.4.3 外环：电压幅值计算73
5.4.4 内环：调制信号计算74
5.5 总结88
参考文献89
第6章 虚拟同步机状态空间与导纳模型
的小信号建模和验证92
6.1 引言92
6.2 所研究系统和建模方法介绍92
6.2.1 系统描述93
6.3 元件连接法介绍94
6.4 虚拟同步机小信号建模94
6.4.1 LCL滤波器模型94
6.4.2 dq坐标系下考虑PWM延迟环节
的电压电流控制96
6.4.3 轴摆动方程仿真100
6.5 无功功率控制102
6.5.1 使用低通滤波器和下垂控制的
实现102
6.6 坐标旋转103
6.7 系统小信号模型的推导与验证104
6.7.1 状态空间模型的推导与验证104
6.8 导纳模型推导与验证108
6.9 总结112
参考文献112
第7章 双馈式感应发电机的
构网控制114
7.1 引言114
7.2 系统描述115
7.3 双馈式感应发电机动态模型116
7.4 双馈式感应发电机等效电路117
7.5 双馈式感应发电机的电磁转矩和
无功功率119
7.6 双馈式感应发电机转矩同步环120
7.7 双馈式感应发电机转子磁通控制123
7.8 仿真结果125
7.8.1 双馈式感应发电机带部分负荷下对风速阶跃变化的响应126
7.8.2 双馈式感应发电机对无功功率
阶跃指令的响应128
7.8.3 双馈式感应发电机对系统负荷
阶跃变化的响应129
7.8.4 风电场对负荷阶跃变化的
响应130
7.8.5 双馈式感应发电机对并离网
切换的响应131
7.9 总结134
附录135
参考文献137
第8章 利用构网型变流器阻尼电力
系统的振荡138
8.1 引言138
8.2 系统描述与建模139
8.3 构网型变流器稳定器142
8.4 STATCOM稳定器146
8.5 稳定性分析148
8.5.1 小信号稳定性分析148
8.5.2 时域响应149
8.6 两区域系统150
8.6.1 参数变化下的特征值轨迹151
8.6.2 负荷变化的动态响应152
8.6.3 线路跳闸的动态响应155
8.7 总结156
附录157
附录A 系统参数及操作要点157
附录B 线性化模型158
附录C 模型参数159
参考文献160
第9章 大规模故障事件下构网动态稳定性—适用于爱尔兰100%基于逆变器的电力系统161
9.1 可再生能源高渗透率下未来电网的
构网需求161
9.2 构网型变流器建模、限流及
控制设计163
9.2.1 内环级联电压和电流PI控制
环的下垂控制163
9.2.2 虚拟同步机控制165
9.2.3 基于可调度虚拟振荡器控制的
构网型变流器建模166
9.2.4 构网型变流器角速度保持167
9.3 爱尔兰100%构网型变流器
电网案例研究169
9.3.1 城市地区和偏远地区
电网模型169
9.3.2 爱尔兰城市地区100%构网型变流器电网（下垂和可调度虚拟振荡器控制）171
9.3.3 爱尔兰偏远地区100%构网型变流器电网（限流策略和虚拟角速度保持）175
9.4 总结182
参考文献182
第10章 采用电网阻抗参数在线识别的构网型变流器虚拟振荡器控制185
10.1 概述185
10.2 引言185
10.3 传统虚拟振荡器控制187
10.4 用于可调度虚拟振荡器控制的
电网阻抗在线辨识策略188
10.5 基于伪随机二进制序列注入的
非参数化电网阻抗辨识190
10.5.1 扰动注入法190
10.5.2 非参数化电网阻抗辨识190
10.6 基于复曲线拟合的参数化阻抗191
10.7 仿真结果192
10.7.1 有功和无功功率调度193
10.7.2 在线电网阻抗辨识194
10.7.3 陷波滤波器对总谐波畸变率的影响195
10.8 硬件在环实验结果196
10.8.1 有功和无功功率调度197
10.8.2 在线电网阻抗辨识199
10.9 总结201
参考文献202
第11章 电池储能系统构网型
变流器204
11.1 简介204
11.2 逆变器结构205
11.3 构网型变流器控制结构206
11.3.1 跟网型控制206
11.3.2 构网型控制206
11.4 电池储能系统模型207
11.4.1 电池储能系统组件207
11.4.2 化学电池类型208
11.5 集成电池储能系统的构网型
变流器模型209
11.5.1 集成模型：电池模型209
11.5.2 集成模型：DC-AC滤波器209
11.5.3 集成模型：DC-AC变流器210
11.5.4 集成模型：太阳能光伏板210
11.6 大型电池储能系统的并网/孤岛
运行模式210
11.7 应用示例：如何在软件平台中开发模型211
11.7.1 详细的跟网型控制结构211
11.7.2 详细的构网型控制结构212
11.8 仿真结果214
11.8.1 测试系统1：电池储能系统接入一台发电机214
11.8.2 测试系统1案例215
11.8.3 测试系统2：电池储能系统和光伏系统接入IEEE 13
总线219
11.8.4 测试系统2案例219
11.9 总结222
参考文献223
第12章 孤岛模式下构网型变流器的运行225
12.1 引言225
12.2 微电网各部分的控制建模227
12.2.1 风力发电机建模及其控制
结构227
12.2.2 光伏系统建模及其
控制结构229
12.2.3 储能系统控制结构建模231
12.2.4 互连功率变流器控制结构
建模233
12.3 基于FCS-MPC的互连功率变流器控制策略235
12.3.1 基于微电网运行模式的互连功率变流器控制方法235
12.4 微电网能量管理系统协调
控制239
12.4.1 运行模式1（独立运行）240
12.5 仿真结果与讨论241
12.5.1 孤岛模式下SOC较高时的交流负荷阶跃变化241
12.5.2 孤岛模式下SOC较低时的交流负荷阶跃变化241
12.5.3 恒定直流负荷下的直流
电压调节244
12.5.4 直流电压变化时整流模式的
直流电压调节244
12.5.5 低直流负荷变化时整流模式的直流电压调节244
12.5.6 直流负荷剧烈变化时整流模式的交流电压调节246
12.5.7 孤岛模式下使用逆变器调节交流电压分析246
12.5.8 孤岛模式下逆变器的交流电压调节246
12.5.9 非线性交流负荷下的孤岛逆变器的应用248
12.5.10 负荷波动和THD比较248
12.6 总结250
参考文献251
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| 內容試閱：
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全球电力需求的快速增长和人们对开发利用环境友好型能源的需求，正在加速电力电子技术的发展及其在现代能源系统中的应用。受此影响，分布式发电单元的装机量每年都在大幅度增长，且大多部署在用电侧。此外，基于逆变器电源可以利用构网型变流器运行在并网模式或孤岛模式，这些小型发电单元的集群可以形成微电网，从而使基于逆变器电源能够高效、可靠地并网。此背景下，构网型功率变流器被视为未来电力电子主导型电力系统的关键支撑技术。 本书旨在全面介绍构网型功率变流器。首先概述构网型与跟网型变流器的主要区别；接下来，详细讲解它们的拓扑结构、运行准则及控制策略；然后，解释基于逆变器电源的并网挑战（如低惯量系统、弱电网特性），以及构网型变流器的相关技术要求及电网标准。在此基础上，本书深入剖析构网型变流器的建模方法，包括虚拟同步发电机模型等。此外，本书还涵盖构网型变流器相关的多个重要议题，例如，电力系统振荡阻尼、大规模电网故障事件下的动态稳定性、基于虚拟振荡器控制的构网型变流器、构网型变流器与电池储能系统的接口技术，以及构网型变流器的孤岛运行模式等内容。
《构网型功率变流器——控制与应用》是一本专门介绍构网型功率变流器的工作原理、电网规程、建模及控制的书籍。因为每年有大规模的基于逆变器电源的新能源并入电网，所以本书首先探讨构网技术的必要性；其次，详细阐述传统的跟网型变流器和新兴的构网型变流器之间的关键差异；再次，深入探讨构网型功率变流器的多个核心问题，包括技术要求与电网标准、建模与控制、电力系统振荡阻尼、大规模电网故障下的动态稳定性、基于虚拟振荡器控制的构网型变流器、构网型变流器与电池储能系统的互连，以及构网型变流器的孤岛运行等内容。
特点：
1）阐述跟网型变流器与构网型变流器的关键区别。
2）深入探讨构网型变流器的技术要求和电网标准。
3）提供虚拟同步发电机的详细建模方法。
4）解析构网型变流器的多种控制策略。
5）研究构网型变流器在电力系统振荡阻尼中的应用。
6）详细分析构网型变流器在大规模电网故障事件下的动态稳定性。
7）侧重于实际应用。
本书是由澳大利亚莫纳什大学的Nabil Mohammed、Hassan Haes Alhelou、Behrooz Bahrani等学者编写的一本关于构网型功率变流器的著作，由Taylor & Francis集团的CRC出版社出版并发行。该书是一本全面介绍构网型功率变流器工作原理、建模、控制及应用的书籍。
本书内容共分为12章。第1章介绍澳大利亚、英国等国家能源部门利用构网型变流器解决弱电网背景下电网电压/频率调节、监管等方面的应用案例；第2章探讨对构网要求的系统级理解，以及构网型变流器对电力系统发展方向的影响；第3章概述基于电力电子变流器的可再生能源接入公共电网的关键性能要求，重点介绍构网技术；第4章展示构网型变流器不同控制策略的相似性，这种相似性为开发通用模型和性能要求提供基础；第5章详细讨论构网型变流器的建模与控制，并通过研究案例展示和验证控制器的设计；第6章采用模块连接方法将单元化的状态空间模型级联成通用的虚拟同步发电机模型，该模型能够捕捉从开关时间延迟到功率控制环的一系列频率响应，为大电网的频率稳定性分析提供了广阔的应用前景；第7章提出一种使双馈式感应发电机像虚拟同步发电机一样运行的构网型控制方案，并利用通用仿真模型进行验证；第8章研究有功功率稳定器相较于无功功率稳定器的优越性，这也意味着需要在直流母线上配备某种形式的电源，以支撑系统稳定过程中的功率交换；第9章以未来爱尔兰电网为例，研究在三相故障条件下系统的稳定性问题；第10章介绍一种基于注入伪随机二进制序列的在线辨识电网阻抗的方
法，并应用于基于可调度虚拟振荡器控制的单相变流器控制环路中；第11章涵盖变流器架构、控制策略、电池储能系统模型、集成电池储能系统的构网型变流器模型、大规模电池储能系统应用案例及其仿真结果；第12章提出一种综合储能系统，该系统和微电网工况进行协同控制，从而简化了控制结构，便于参数设计。
本书的翻译工作中，周京华翻译了第1、3、4、5、11章；李津翻译了第2、12章；高基豪翻译了第6 ~ 8章；汪锡建翻译了第9章；胡兵翻译了第10章。全书翻译的统稿工作由周京华完成。
本书的翻译得到了北京市自然科学基金联合基金重点专项、北京市“新能源发电与智能电网”高水平创新团队的支持，同时，向为本书出版而付出大量辛勤劳动的责任编辑江婧婧表示诚挚的感谢。
由于译者水平有限，翻译过程中难免有不当、错误之处，恳请广大读者批评指正。
周京华
2025年5月
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