隨著電力電子技術的迅速發展，電力電子裝置正在向著高頻化、大容量、小體積的方向發展，其電磁環境也變得更為復雜，隨之帶來的輻射電磁干擾也日益嚴重。在電力電子裝置設計初期開展電磁兼容數值仿真和預測對解決復雜的電磁干擾問題意義重大。 本文介紹了國內外電力電子裝置電磁兼容的研究現狀。針對電力電子裝置電磁兼容的復雜性，討論了使用仿真軟件進行電力電子裝置電磁兼容分析的策略，主要面向電源印制電路板(PCB)、控制箱和變流器機柜全波電磁仿真的具體應用進行了研究。 首先對PCB電源板進行電磁兼容預測。采用軟件Protel99SE和CST微波工作室(R)(CST MICROWAVE STUDIO(R)，簡稱CST MWS(R))相結合進行分析，得到．PCB板的表面電流和電場分布圖。根據分布圖，分析電源板的輻射特性，提出提高PCB電磁兼容性的優化設計的設想，在PCB設計過程中加入對PCB電磁兼容性分析的場仿真，使PCB的電磁兼容分析有一個直觀的參照物，有助于指導PCB的布局布線，對PCB優化設計，提高產品性能有重要作用。根據仿真結果將PCB電源板近似等效成電偶極子模型。 其次應用CST MICROSTRIPESTM軟件計算控制箱的屏蔽效能，并在控制箱插入PCB電源板后進行輻射特性分析。 最后應用全波電磁仿真軟件CST MWS(R)對變流器機柜進行電磁輻射干擾瞬態仿真，分析過程中考慮到了IGBT的開關尖峰、線纜和易產生干擾的電子元器件以及整個機箱機柜。運用線性網絡理論對仿真結果進行標定，由此提出改進措施—采用unit cell和微擾理論設計屏蔽網，有效地抑制了電磁輻射。
上傳時間： 2013-04-24
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以諧波抑制，無功補償為主要功能的有源電力濾波器的基本理論已經成熟，但是市場尚無成熟的諧波有源抑制產品，同時電網諧波問題日益突出，因此需要對有源電力濾波器進行產業化應用研究。并聯有源電力濾波器以其安裝、維護方便，成為商用化產品的主流。所以本文針對并聯有源電力濾波器，展開產業化應用研究。 本文研究工作首先由如下工程問題引出：并聯有源電力濾波器在補償辦公樓電氣負載產生的諧波電流時，會出現諧波放大現象。辦公樓電氣負載主要是計算機、開關電源、不間斷電源、電壓型變頻器等，這些都是電壓型諧波源．本文以電容濾波型整流電路（電壓型諧波源）的分析作為切入點，基于“分段線性化”方法，對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析，得到系統的電流和電壓波形，進而獲得其頻譜特性。通過本文所述穩態分析方法，可以從理論上理解并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載的工作過程，對有源電力濾波器的應用研究具有重要的理論和實際意義。 本文在分析辦公樓負載電氣特性的基礎上，建立了有源電力濾波器補償容性負載的簡化模型，依據該模型分析了負載中容性元件的電容值與諧波電流放大之間的關系；為了克服諧波放大現象，本文首先通過負載電流采樣環節后加裝濾波器的方式，將電流諧振頻率分量從采樣值中濾除，雖然達到了抑制諧波放大的目的，但是由于延時的引入，使得補償后網側電流畸變率（THD）急劇升高；然后根據這一思路，采用基于快速傅立葉變換（FFT）的有選擇諧波補償方法將電流諧振頻率分量從負載電流采樣值中濾除，使得系統在諧振頻率處變為開環控制，使系統穩定。經過對辦公樓負載的實際并網諧波補償實驗證明基于FFT的有選擇諧波補償方法對于抑制諧波放大是有效的。本創新點的研究工作對于實際工程應用具有參考價值。 為了滿足大容量的諧波抑制要求，本文提出了模塊化有源電力濾波器并聯補償方案，該方案的特點是模塊化結構及N+1冗余并聯控制策略、主從總線結構及主機產生、負載電流檢測方案以及并聯均流策略。主機產生及負載電流檢測是這一并聯方案的突出特點，體現了本文的創新性工作。本文還對多模塊并聯系統進行了建模和穩定性研究；依據模塊化并聯補償方案，在省科技計劃重點項目的支持下，對有源電力濾波器進行產業化研究，從項目方案、設計、器件選型，樣機調試、滿功率運行及性能檢測、樓宇負載與工業負載的實際并網實驗，直至工業樣機定型，對有源電力濾波器的產業化應用研究起了較大的推進作用，支撐項目目前已經有定型的工業化產品推出。 全文圍繞上述三個方面展開，章節分排如下：（1）第一章從實際應用角度，總結闡述了有源電力濾波技術在諧波檢測、電流跟蹤控制、拓撲結構三個方面的研究進展；（2）第二章對并聯有源電力濾波器補償電容濾波型整流負載進行了穩態分析；（3）第三章分析了有源電力濾波器補償容性負載時出現的諧波放大現象，并利用FFT方法使得系統在諧振頻率處變為開環控制，達到抑制諧波放大的目的；（4）第四章、第五章提出有源電力濾波器模塊化并聯方案，并詳細說明了模塊化并聯系統的設計和實驗；（5）第六章對全文進行了總結，并對今后的研究工作進行了展望。
上傳時間： 2013-04-24
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靜電除塵器是環保行業的重要設備，在工業粉塵的回收處理方面有著非常重要的應用。課題的主要內容是研制用于靜電除塵的高頻大功率高壓直流電源，滿足國內市場的需要。本文從實際應用的角度出發，對該高壓直流電源進行研究并給出了主要研制過程。 第一章首先介紹了靜電除塵器的工作原理和除塵器的電特性，然后介紹了幾種當前工業界常用的除塵電源的供電方式，并指出了靜電除塵電源的發展方向是高頻逆變化。在分析了高頻化靜電除塵電源在國內外的研究現狀和發展趨勢后，結合課題的要求，提出了本文需要解決的問題。 第二章首先對逆變電路的功率變換技術進行了分析。接著分析了除塵電源采用PWM硬開關方式的電路特性，并利用PSpice軟件進行了仿真分析，估算出了采用這種方式開關管的損耗。然后重點分析了采用串聯負載串聯諧振和LCC串并聯負載串聯諧振這兩種諧振軟開關工作方式時的電路特性，推導了電路所滿足的條件。在利用PSpice軟件仿真分析的基礎上估算出了開關管的損耗。最后通過電路損耗和可行性的比較，選擇LCC串并聯負載串聯諧振電流斷續的軟開關工作方式應用于大功率高頻高壓電源。 第三章首先確定了三相晶閘管可控整流，電壓型全橋IGBT逆變，高頻變壓器升壓和高壓硅堆全橋整流的主電路拓撲結構。然后給出了高壓直流電源的整流電路、逆變電路、主功率回路以及高頻升壓變壓器的設計過程。整流電路的設計包括晶閘管的選取以及交流電抗器和直流母線濾波電容的設計；逆變電路選用IGBT并聯來實現開關管，并詳細分析了IGBT驅動器的選擇以及在并聯形式下的應用；主功率回路的設計主要是包括迭層母線板的設計。 第四章首先簡單介紹了高壓直流電源在靜電除塵應用中的控制策略。然后詳細分析了各部分保護電路的工作原理。 第五章給出了樣機的實驗結果和重要波形，驗證了設計的可行性。
上傳時間： 2013-04-24
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交錯并聯反激變換器具有電路結構簡單，控制方便等優點，并且可以實現電氣隔離。但是其升壓比不高，變換器中主開關管電壓應力較大，且工作中開關管處于硬開關狀態，限制了變換器的效率。 針對交錯并聯反激變換器所存在的問題，本文提出了一種新穎的基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器。該變換器繼承了交錯并聯反激變換器的優點，兩個并聯單元互補工作，分擔功率損耗，輸出電壓的脈動頻率為主開關管的兩倍。不同的是，該變換器具有較高的升壓比，變換器中主開關管的電壓應力較小，克服了交錯并聯反激變換器的問題。在軟開關方面，變換器使用有源箝位軟開關電路，使主開關管與箝位開關管都實現了零電壓軟開關動作，提高了變換器的效率與使用壽命。因此，它與交錯并聯反激變換器相比，更適合于低電壓輸入、高電壓輸出的應用變換場合。 在該變換器的基礎上，針對變換器中輸出二極管電壓電流振蕩較大，本文還提出了經過改進的引入輸出箝位電容的變換器。輸出箝位電容抑制了二極管兩端電壓的振蕩，減小了二極管的電壓應力，提高了變換器的效率。 最后，本文通過仿真與實驗驗證了基于耦合電感第三繞組實現的原邊并聯、副邊并聯隔離型軟開關Boost變換器及其改進型變換器方案的可行性與合理性。
上傳時間： 2013-05-20
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開關損耗及其帶來的散熱問題限制了變流器開關頻率的提高，從而限制了變流器的小型化和輕量化。軟開關技術能夠有效的降低開關損耗，提高變流器的效率和開關頻率，被廣泛的應用在各種大功率開關電源場合。 本文首先對軟開關技術進行了一個概述，介紹了軟開關技術的工作原理及發展歷史，特別提到了最新的控制型軟開關技術。在第二章中，針對課題，著重講述了全橋電路。作為對比，首先分析了全橋硬開關電路的工作原理和開關損耗。然后，分析了全橋軟開關兩種常見的實現方法：ZVS和ZVZCS，并針對幾種常見拓撲，詳細對比了它們的工作原理，軟開關實現方法，軟開關實現效果，軟開關實現范圍和總體效率，指出了它們的優缺點和各自適合的應用領域。在第三章中，首先介紹了全橋軟開關的兩種控制策略：移相全橋和有限雙極性，從實現方法和對軟開關效果的影響兩個方面，做出比較。然后介紹了開關電源常見的三種控制方式：電壓模式控制、峰值電流模式和平均電流模式控制，其中詳細介紹了平均電流模式控制，給出了設計思想和步驟。最后，給出了全橋軟開關電路的小信號模型，分析了軟開關技術的引入對傳統PWM硬開關全橋電路小信號模型的影響。第四章給出了5kW電力操作電源的具體設計步驟，如方案選擇，磁設計、控制環路設計、副邊整流電壓尖峰吸收等關鍵步驟。第五章分析了實驗波形和實驗數據，驗證了上述理論和設計的正確性。
上傳時間： 2013-05-22
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無功補償對于現代電力系統的運行與穩定性來說是必不可少的。靜止無功發生器(SVG)經過了三十多年的發展,已經在無功補償技術上得到廣泛的應用。它具備優越的動態性能,可以大大提高電力系統的電壓調整能力和系統穩定性,進而提高電力系統的輸電能力。在我國,充分發揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結構進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩態數學模型和標幺值數學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現。接下來研究比較了SVG的兩種傳統控制策略,介紹了幾種PWM觸發技術,其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統電流間接閉環控制算法的SVG進行了系統級仿真實現,在與電流直接控制的SVG仿真結果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結合以上算法各自的優缺點、電網本身的大擾動和電力系統對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環的控制方法。其中電流內環采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據系統數學模型中iq△δ的比例關系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環則采用系統動態電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環節的控制算法進行了仿真,并針對外環控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結果做了對比,證明了遺傳PI的優越性,為基于雙閉環控制的SVG系統級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環系統的SVG進行了仿真實現,并對在電網不同情況下的補償效果與傳統電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結果表明該控制方式具有更好的動態性能。
上傳時間： 2013-04-24
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由于日趨嚴重的環境問題以及風能利用的成本低廉和技術成熟等原因，風力發電成為電力系統中相對增長最快的新能源發電技術，發展風電成為改善電力系統經濟運行極為重要的措施。近幾年，風力發電機組單機容量和風電場建設規模都日益擴大，但風力的隨機性和間歇性會對電力系統穩定運行產生一定的影響。因此對于含有風電場的電力系統，需要建立正確的風電場數學模型和進行風電場的短期風速預測。 首先，運用時間序列和神經網絡相結合的預測方法，對風電場的風速序列進行短期預測。該方法用時間序列模型來選擇神經網絡的輸入變量，而神經網絡分別運用了BP和GRNN神經網絡進行比較，發現使用時間序列結合GRNN網絡預測效果比較令人滿意，其對風電場和電力系統的穩定性運行具有重要的意義。 其次，建立了風速、風電機組和風電場的數學模型。風電機組的數學模型主要包括風力機模型、傳動機構模型和異步發電機模型，仿真分析了風電機組對于風速的響應。在風電場模型研究中，考慮了尾流效應因素，風電場中各臺風機位置處的風速并不相同，因此研究了風能分布的Jensen模型和Lissaman模型，并進行了案例計算分析，結果表明了風能分布模型在大規模風電場模型分析中的重要性。本文還提出了風電場等值模型的建立，降低了仿真研究的復雜性，使得分析大規模風電場并網運行成為可能。 最后，實現了包含風電場的電力系統潮流計算，采用牛頓—拉夫遜法極坐標形式的方法，為研究風電場穩定性運行提供了前提條件。同時提出了基于電力系統暫態穩定性分析的風電場穿透功率極限計算方法，并揭示了頻率波動對風電場穩定運行的影響。
上傳時間： 2013-07-31
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三相逆變器作為交流供電電源的主要部分，廣泛地應用于電動車、電力設備、產業設備、交通車輛等領域。逆變器的并聯控制技術以其廣泛的應用前景也得到越來越深入地研究。人們對逆變電源的要求越來越高，高性能、高可靠性的大功率逆變器就是當今逆變電源的發展趨勢之一。提高逆變電源容量主要有兩個途徑，設計大功率的逆變器和采用逆變器并聯技術實現電源模塊化。 為此，本文以兩臺400kVA組合式三相逆變器為對象，采用全數字化控制方式，主要研究了大功率三相逆變器的波形控制技術和并聯控制技術。本文圍繞大功率組合式三相逆變器，對其主電路結構、系統的數學模型、波形控制技術以及并聯系統模型、并聯控制方案進行了較為詳細的分析和研究。分析了適用于大功率的組合式三相逆變器結構，并給出了400kVA組合式三相逆變器的主電路設計。建立和分析了組合式三相逆變器在ABC、αβ、dq 坐標系下的數學模型。針對大功率組合式三相逆變器，采用在dq 坐標系下的三相電壓閉環統一控制方案。為了使大功率三相逆變器得到較好的輸出電壓波形質量，采用PID 瞬時值電壓反饋控制和重復控制并聯結合的控制方案。分析了PID 控制器和重復控制器的原理，并針對400kVA 三相逆變器的系統性能，給出了相應數字PID 控制器和重復控制器的設計。并利用Matlab 建立了系統的仿真模型，給出了理論研究結果。提出了有效提高系統動態性能的兩種方法：加負載電流前饋和動態過程中強制改變改變調制比。介紹了大功率三相逆變器的短路限流保護技術，提出了采用瞬時值限流電路和單獨的軟件限流環相結合的方案，保證大功率三相逆變器在短路時自動限流保護。對兩臺大功率三相逆變器組成的并聯系統的結構、環流特性及逆變器的輸出功率進行了分析。詳細分析了輸出阻抗特性不同時，逆變器環流和輸出功率分配的差異，得出了輸出阻抗對環流和功率影響的一般規律。針對大功率三相逆變器并聯系統，采用基于功率誤差的分散邏輯控制方案。分析了基于功率誤差的分散邏輯控制原理，逆變器輸出功率的檢測和母線信號綜合的脈寬調制原理。根據400kVA 三相逆變器并聯系統的輸出阻抗特性，采用了無功調節輸出電壓幅值和同步鎖相實現相位同步的并聯控制策略。 本文最后在兩臺400kVA組合式三相逆變器樣機上得到了實驗驗證。實驗結果進一步驗證了大功率三相逆變器的波形控制和并聯控制策略有效可行性。
上傳時間： 2013-07-03
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隨著電力電子技術的發展，開關電源的小型化、高頻化成為趨勢，其中各個部分工作時的電磁干擾問題也越來越嚴重，因此開關電源的電磁兼容性也越來越引起人們的重視。目前，軟開關技術因其能減少開關損耗和提高效率，在開關電源中應用越來越廣泛。本文的主要目的是針對開關電源中的電磁干擾進行分析，研究軟開關技術對電磁干擾的影響，并且提出一種抑制共模干擾的濾波方法。 本文首先介紹了電磁兼容的定義、開關電源EMI的特點，論述了開關電源中EMI的研究現狀。從電磁干擾的三要素出發，介紹了開關電源中電磁干擾的干擾源和干擾的耦合通路。分析了電感、電容、高頻變壓器等器件的高頻特性，并介紹了線性阻抗穩定系統(LISN)的定義和作用。在了解了軟開關基本概念的基礎上，本文以全橋變換器為對象，介紹了移相全橋ZVS的工作原理，分析了它在實現過程中對共模干擾的影響，并在考慮IGBT寄生電容的情況下，對其共模干擾通道進行了分析。然后以UC3875為核心，設計了移相全橋ZVS的控制電路和主電路，實現了軟開關。為了對共模干擾進行抑制，本文提出了一種新型的有源和無源相結合的EMI濾波器，即無源部分采用匹配網絡法，將阻抗失配的影響降到最低；有源部分采用前饋控制，對共模電流進行補償。 針對以上提出的問題，本文通過Saber軟件對移相全橋ZVS進行了仿真，并和硬開關條件下的傳導干擾進行了比較，得出了在高頻段，ZVS的共模干擾小于硬開關，在較低頻段改善不大，甚至更加嚴重，而差模干擾有較大衰減的結論。通過對混合濾波器進行仿真，取得了良好的濾波效果，和傳統的無源EMI濾波器相比，在體積和重量上都有一定優勢。
上傳時間： 2013-05-28
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電力電子系統的集成化是現今電力電子技術發展的趨勢，系統的模塊化和標準化技術是目前電力電子領域的重要研究方向。研究基于電力電子網絡的變流系統，對復雜電力電子裝置的系統級集成具有重要意義，是電力電子系統集成技術的基本組成部分。本文從變流系統的功率流和信息流雙重分布性的角度出發。對電力電子系統網絡（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和變流系統的通信需求進行分析，提出實時電力電子系統網絡（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并對基于新網絡的分布式控制及管理方案和模塊化軟件方案等內容進行系統的研究，提出基于棧操作的實時軟件構建方案。本文的研究將為變流系統的控制結構和軟件方案標準化提供參考和理論依據，為應用系統的集成提供解決方案。 復雜中大功率變流系統是網絡化分布式控制系統的應用對象。首先，論文以復雜系統為研究對象，分析了應用系統的功率流和信息流在空間結構上的對偶關系和雙重分布的特性；在電力電子集成模塊（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基礎上，研究了變流系統的網絡化分布式控制方案，并得出系統組構的初步構想，總結出適合復雜電力電子系統集成的標準化理論。 接著，論文對電力電子網絡模型進行了研究。分析了現有各類總線網絡和目前用于電力電子應用系統的網絡，從結構、速率和協議等各個方面將兩類網絡進行了系統的對比。明確了電力電子系統網絡（PES—Net）的定義，分析并總結復雜電力電子實時系統所需網絡必需具備的條件。根據現有網絡技術背景，綜合控制結構和網絡需求，提出了電力電子系統網絡（PES—Net）的模型。 為滿足變流系統的實時控制，論文對分布式控制結構的通信需求進行了研究。以網絡控制系統（Networked Control System，NCS）為背景，對變流器系統控制信息延時因素進行了分析；通過對典型電力電予系統的分析，歸納和總結了系統的控制功能和控制內容，對系統不同層次的控制任務進行了響應時間需求分析和網絡的分層配置；通過對仿真結果的分析，研究了應用系統內模塊控制信息延時對不同應用系統的性能影響和對開關頻率的限制。根據變流系統對控制延時的接受程度，將電力電子復雜系統歸為兩大類：1）零延時系統；2）定延時系統。針對上述兩類系統，論文給出了電力電子網絡（PES—Net）的通道容量和應用系統開關周期的計算方法。 論文對開放式、分布式的電力電子系統網絡（PES—Net）的硬件組成和同步方案進行了研究，提出新的實時網絡和系統級集成方案。根據主節點和從節點的控制任務需求，分別從功能和系統結構的角度對開放式網絡的硬件構成進行研究；根據控制系統的接口需求分析，對節點的通用性設計進行重點討論。針對網絡的同步問題，本文分析了簡單有效的解決方法，即基于數據結構的同步補償方案；此外，論文提出基于實時高速電力電子系統同絡（RT-PES-Net）的同步方案，研究適合變流器實時控制的網絡結構和相應的硬件配置。根據應用控制和通信系統所需的各種操作，論文對實時網絡的管理進行了討論，研究了信息幀管理和相應的硬件設置，并對各種工作模式下所需的通信時間進行了計算和比較。基于實時網絡系統及其管理方案，論文給出了組構以PEBB為基礎的變流系統的方案。 論文對基于RT-PES-Net的模塊化軟件方案進行了研究。首先，將控制軟件與功率硬件進行解耦，使得軟件設計與硬件部分分離。在分析電力電子軟件特性的前提下，論文提出基于棧操作的模塊化軟件方案，增加子程序實時構件的內聚性；對軟件模塊化的通用性進行研究，分析模塊接口參數和變量的申明和配置，并研究參數的定標，對構件進行分類；分析子程序實時構件在執行速度上的優點。論文對電力電子系統控制軟件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的組構和集成進行研究，簡化軟件主框架。 最后，論文分別對RT-PES-Net和模塊化軟件方案進行了相應的實驗研究和分析。論文對提出的實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net）進行了通信實驗，將新網絡拓撲對變流系統的延時影響與舊網絡系統的延時影響進行比較，總結新網絡系統在控制實時性、提高開關頻率、網絡可擴展性和管理靈活度等方面的優勢。論文針對RT-PES-Net進行應用研究，驗證該網絡可解決網絡通信失步所造成的問題。論文對基于通用型實時構件和棧操作的模塊化軟件方案進行實驗驗證，為標準化軟件庫的建立和系統級集成提供參考方案。 網絡化的控制結構研究是復雜電力電子系統級集成研究的關鍵。本課題針對復雜變流系統提出了實時電力電子系統網絡（RT-PES-Net），并以該網絡為基礎對分布式控制結構及相應的網絡化管理方案和模塊化軟件方案展開一系列研究，為電力電子控制系統提供標準化、開放式的網絡參考體系，并以此結構來快速構建終端復雜變流系統，為實現標準的應用系統組構提供參考方案，有助于解決電力電子標準化推廣所面臨的難題。論文為應用系統的即插即用和動態重構提供了研究基礎，從而為最終實現復雜變流器的應用系統級集成提供系統化的理論和方法依據。同時，論文的研究開拓了電力電子系統集成和標準化研究的一個新方向。
上傳時間： 2013-06-15
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