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出版者:第1版 (2007年9月1日)

作者:孙余凯

出品人:

页数:268

译者:

出版时间:2007-9

价格:28.00元

装帧:平装

isbn号码:9787121050916

丛书系列:

图书标签:

• 稳压电源
• 电源设计
• 电路设计
• 电子技术
• 实训教程
• 技能培训
• 开关电源
• 线性电源
• 电力电子
• 电路分析

现代光伏系统集成与智能控制：从基础理论到工程实践 本书导读： 在能源结构转型的大背景下，太阳能光伏发电技术正以前所未有的速度渗透到各个领域，成为全球能源版图中的重要组成部分。然而，如何高效、稳定、可靠地将光伏阵列产生的能量转化为可用的电能，并将其有效集成到现有电网或微电网中，是当前电力电子和新能源领域面临的关键挑战。本书《现代光伏系统集成与智能控制》正是为了系统性地解决这些工程难题而编写的，它聚焦于光伏系统的前沿技术和实际应用，涵盖了从基础的光伏特性分析到复杂的系统级集成与智能控制策略。 第一部分：光伏系统基础与电力电子接口技术 本部分深入探讨了现代光伏系统的物理基础和核心电力电子转换技术，为后续的系统集成和控制奠定坚实的理论基础。 第一章：光伏电池与阵列的特性分析与建模 光伏效应的物理机制： 详细阐述半导体PN结在光照下的电荷分离和载流子输运过程，介绍不同材料（如晶硅、薄膜）光伏电池的基本原理和性能指标（效率、填充因子、开路电压、短路电流）。 电池组件的串并联设计： 探讨阵列的串联和并联对系统整体输出特性的影响，重点分析了失配损失（Mismatch Loss）的产生机理，包括阴影效应、温度梯度失配等。 先进的光伏模型： 介绍经典的两参数、五参数等效电路模型，并深入讲解如何利用仿真软件（如MATLAB/Simulink, PVSyst）建立精确的动态模型，以预测系统在不同环境条件下的实际输出行为。 第二章：直流-直流（DC-DC）变换器在光伏系统中的应用 DC-DC变换器是光伏系统实现最大功率点跟踪（MPPT）和电压抬升的关键环节。 MPPT技术原理： 深入解析扰动观察法（P&O）、增量电导法（IC）、基于模型的预测控制等主流MPPT算法的数学原理、收敛速度和稳定性分析。重点讨论了在快速变化辐照度下的鲁棒性改进方法。 关键DC-DC拓扑结构： 详细对比分析Buck、Boost、Buck-Boost、SEPIC、Cuk等拓扑结构在光伏应用中的优缺点，包括其电压增益范围、开关器件应力、以及对噪声的控制能力。 高效率与软开关技术： 介绍零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）技术在提高DC-DC变换器效率和减少电磁干扰方面的应用，并探讨了针对高功率光伏系统的多电平DC-DC方案。 第三章：光伏逆变器：从并网到独立运行 逆变器是连接光伏阵列与电网或负载的核心桥梁，其性能直接决定了系统的能量质量和可靠性。 基本拓扑结构与调制策略： 全面介绍单级和两级（DC/DC+DC/AC）并网逆变器的基本拓扑，如全桥、中点钳位（NPC）、级联H桥（CHB）等。重点解析正弦脉冲宽度调制（SPWM）、空间矢量调制（SVM）的原理及对输出谐波的影响。 并网接口与电能质量： 阐述光伏逆变器并网所需的无功功率控制、电流环设计、以及IEEE 1547、GB/T 19964等标准对谐波、电压偏差和孤岛效应的要求。 孤岛检测与自恢复技术： 针对独立并网系统，详细分析了基于阻抗、频率/电压偏移、以及注入二次电流等孤岛检测算法的实现细节和优缺点，并探讨系统在电网恢复后的安全同步机制。 第二部分：系统集成、储能耦合与智能控制 本部分将视角从单个组件提升至系统层面，探讨光伏系统的高级集成、储能系统的协同控制以及数字化管理。 第四章：光伏系统集成与阵列级优化技术 为了最大化系统输出和提高可靠性，现代光伏系统需要更精细化的管理。 组串式与集中式系统的对比分析： 从成本、效率、维护复杂性、以及故障容错能力等多个维度，对比分析集中式、组串式逆变器和功率优化器（MLPE）的应用场景和技术特点。 功率优化器（MLPE）的实现： 深入分析串级优化器（String Optimizer）和微逆变器的工作原理，重点探讨其如何实现单元级的MPPT和故障隔离，以及如何与主逆变器进行通信和协调。 热管理与可靠性设计： 探讨环境温度、风速对组件和电力电子设备性能衰减的影响，介绍有效的散热设计、防潮防腐蚀措施在光伏设备寿命延长中的关键作用。 第五章：光伏-储能混合系统（PV-ESS）的协同控制 储能系统（ESS）的引入极大地提升了光伏发电的可调度性和电能质量。 储能系统拓扑与电池管理系统（BMS）： 介绍锂离子电池组的等效电路模型，重点讲解BMS在电池均衡、温度监控、状态估计（SOC/SOH）中的关键技术，以及DC/DC变换器在电池充放电过程中的双向功率流控制。 能量管理系统（EMS）策略： 详细阐述PV-ESS系统的运行模式，包括削峰填谷（Peak Shaving）、移峰（Time Shifting）、频率/电压支撑等应用场景下的分层控制结构。介绍基于规则、优化理论（如线性规划）和预测控制的EMS算法。 混合逆变器设计： 探讨将光伏输入、电池输入和电网/负载输出集成到同一功率转换平台（混合逆变器）的设计挑战与优势，特别是其在微电网中的灵活应用。 第六章：高级控制算法与系统诊断 面向电网接入的复杂需求和系统运行的自我维护，先进控制和智能诊断不可或缺。 虚拟同步机（VSM）技术： 详细介绍VSM如何通过模拟传统同步发电机的惯量和阻尼特性，增强并网光伏系统的暂态稳定性，特别是在低惯量电网环境下的应用。 环路控制的优化： 深入讲解了电流环、电压环的内环外环设计，包括如何利用先进的控制方法（如$mathcal{H}_{infty}$控制、滑模控制）来提高系统的抗干扰能力和动态响应速度。 故障诊断与健康监测（PHM）： 介绍基于数据驱动和模型预测的故障诊断方法。如何利用PV组件的I-V曲线漂移、逆变器开关管的温度异常、以及电磁暂态信号的畸变，实现早期故障预警和系统健康状态评估。 总结与展望： 本书内容紧密围绕光伏系统的前沿工程实践，强调理论与仿真、实验验证的结合。通过对光伏特性、电力电子接口、系统集成、储能耦合及智能控制等核心环节的深入剖析，读者将能够掌握设计、实施和优化现代大规模光伏并网系统和微电网的关键技能，为应对未来能源挑战做好准备。

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我目前的工作主要集中在嵌入式系统的功耗优化上，很多时候需要设计一个低噪声、高精度的辅助电源给敏感的ADC和MCU供电。过去我主要依赖于现成的模块，但当系统出现间歇性的数据漂移时，我意识到必须深入到电源的“本源”去排查问题。这本书的内容，尤其是关于线性稳压器（LDO）的噪声抑制比（PSRR）和输出电容ESR影响的章节，为我提供了强大的理论工具。它清晰地解释了为什么在特定频率下，即便是很好的LDO，其输出噪声也会被输入电源的纹波“耦合”进来。我对比了书中给出的优化策略——增加一个高频补偿电容并结合一个低通滤波器——并在我的PCB上重新设计了一个电源回路。效果立竿见影，原本在系统启动时偶尔出现的ADC基线漂移现象彻底消失了。这本书的作用，更像是一本“故障诊断手册”而不是简单的入门指南。

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拿到这本教程后，我最惊喜的是它在“技能实训”这块的投入。很多理论书读完后，总感觉纸上谈兵，真正动手时却寸步难行。但这本书不同，它似乎预设了读者会去实践，所以每一章的末尾都配套了非常详尽的实验步骤和预期的波形图。我记得有一章节专门讲非隔离式DC-DC转换器的设计，它不仅给出了 Buck 变换器的设计流程，还针对性地加入了几个“陷阱”——比如，当占空比接近临界值时，电感电流连续性的变化，以及如何用电流模式控制来稳定环路。我按照书中的步骤，从选择控制器芯片（如LM2596的简化模型）开始，一步步计算元件值，最后用一个入门级的LCR表和示波器去验证输出电压的稳定度和瞬态响应。实验结果和书上提供的参考波形几乎一致，这种即时反馈极大地增强了我的信心，让我感觉自己不仅仅是在“看”书，更是在“做”项目。这种强调动手能力的教学方式，对于自学者来说，无疑是最高效的学习途径。

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这本书的封面设计得相当朴实，那种带着一点工业气息的蓝白配色，立刻就让人联想到实验室里那些精密、严谨的设备。我特地找来这本书，主要是想系统地梳理一下基础电路知识，尤其是那些关于线性稳压和开关电源的理论深度。坦白说，初次翻阅时，我略感吃力。它不像市面上那些为了迎合初学者而过度简化的教材，这本书更像是一位资深工程师的手记，每一个公式的推导都毫不含糊，每一个元件参数的选择都带着实战经验的烙印。比如，在讲解滤波电路的纹波抑制时，作者深入剖析了电感和电容在不同工作频率下的阻抗特性，而不是简单地给出一个“越大越好”的结论。这种对底层物理机制的挖掘，迫使我不得不放慢速度，拿出示波器和万用表，对照着书中的理论图示，在面包板上搭建最小系统进行验证。我尤其欣赏它在讲解热管理部分时的详尽，书中详细列举了不同封装晶体管的散热模型，以及如何通过PCB布局优化来提升整体的可靠性，这对于任何想把设计从理论走向实际的产品工程师来说，都是金贵的财富。

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这本书的语言风格有一种老派的严谨，它很少使用那些花哨的比喻或者过于口语化的表达，一切都以技术规范为准绳。对于我这种偏爱结构化知识体系的人来说，这简直是福音。它在阐述反激式（Flyback）电源设计时，对磁芯饱和、初级侧开关管的电压应力分析得非常透彻。特别是关于变压器绕制工艺的讨论，它没有停留在“匝数比”这个层面，而是深入到了磁芯的损耗特性、漏感对开关速度的影响，甚至提到了不同的绕法（比如三明治绕法）对共模噪声的抑制作用。这种对细节的执着，让我意识到电源设计远不止是选个芯片搭个电路那么简单，它涉及到材料科学、电磁兼容等多个交叉领域。我花了好几天时间，仅仅是消化了关于“软开关技术”的那几页内容，但收获是巨大的，我明白了为什么在追求高效率时，我们必须在开关损耗和驱动复杂性之间做出权衡。

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从排版和结构上看，这本书的逻辑性非常强，它没有采用章节间的松散连接，而是像搭积木一样，后一章的内容总是建立在前一章所教授的原理之上。比如，在讲解保护电路设计时，它首先确保你已经掌握了过流和过压检测的基本原理，然后才引入如何利用比较器和快速关断机制来实现“电流折返”或“打嗝模式”。我个人觉得，这本书的价值不仅在于教会你“如何做”一个电源，更在于让你理解“为什么必须这样做”。它引导读者去建立一个完整的、自洽的电源设计思维模型。那些复杂的数学推导虽然一开始令人望而却步，但一旦你跟上作者的思路，你会发现那是通往真正理解电路行为的必经之路。这本书很厚实，但每一页的知识密度都非常高，绝对值得反复研读和参考。

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