原书前言

;瞬时有功和无功功率的概念最早是在1982年于日本提出的。自那以后，很多科学家和工程师对此概念的发展作出了重要贡献，如对其进行改进以适用于三相四线制电路，将其进行扩展以适用于多相电路，当然，还包括将其应用于电力电子装置的研究。然而直到2007年，市面上仍未出现该领域的专著。写作本书的主要目的就是为了填补这个空白。瞬时功率理论，简称为;p_q理论，清晰阐释了三相电路中瞬时有功功率与无功功率的物理意义，并深刻揭示了能量在三相电路中从电源传输至负载及相间循环的机制。本书在撰写之初，就力求以最通俗易懂的方式呈现该理论的基本概念。在第2版中，我们在部分章节末尾补充了习题。因此，本书结构安排如下：第1章重点阐述非线性负载及其相关的谐波问题。第2章阐述基于传统理论的电功率定义基础。第3章则深入探讨瞬时功率理论，该章重点通过丰富的材料解析该理论，尤其侧重于电能质量调节中有源滤波器控制器的设计。第3章部分内容专门介绍瞬时功率定义的替代体系：一种称为;修正p_q理论的体系，将原始虚功率概念扩展为具有三个分量的瞬时虚功率矢量；另一种在本书中称为;abc理论的方法，直接利用abc相电压和电流定义有功与非有功电流分量。第3章结尾通过对比这些理论的差异与物理意义进行总结。在第2版中新增一节关于p_q_r功率理论的内容，为分析三相电路中的不同功率分量提供了另一种可能的视角。第4章专门论述不同结构下的并联型有源滤波器，清晰地阐明电容器、电感器等储能元件是否必要，以及从理论层面分析这些元件在有源滤波器中可被替代的程度。对储能元件的这种考量是瞬时功率理论最具优势的特点之一。在第2版中新增一节内容展示了如何运用p_q_r功率理论设计有源补偿器。第5章讨论串联型有源滤波器，包括有源与无源滤波器的混合结构。这类混合结构可为谐波滤波提供经济型解决方案，尤其适用于中压变频调速电机驱动系统。在第2版中新增一节关于中压电机驱动系统混合有源滤波器的内容。基于简单单调谐无源滤波器与采用三相两电平或三电平PWM变流器的有源滤波器相结合，已提出多种实用型混合有源滤波器方案。第6章介绍串联与并联相结合的电力调节装置，包括统一电能质量调节器（UPQC）以及作为柔性交流输电系统（FACTS）设备的统一潮流控制器（UPFC），最终引出集成UPQC与UPFC功能的通用有源电网调节器。第2版特别引入了一种分别连接于三相整流器交流侧与直流侧的特殊并联_ 串联型有源滤波器结构，理论上可实现交流侧电流电压正弦化、输出侧直流电压电流纯净化的整流效果。全书通过p_q理论在电能质量调节领域的开创性应用案例，帮助读者深入理解瞬时功率理论的本质内涵，及其与传统理论乃至其他理论在某些情况下的显著差异。笔者们衷心感谢众多同仁以各种形式给予的鼓励与支持。第一笔者特别感激在长冈技术科学大学任职时的同事：A.Nabae教授、已故的I.Takahashi教授以及Y.Kanazawa先生。该校不仅是p_q理论在1982年的诞生地，也是开展纯有源滤波器与混合有源滤波器应用研究的发源地，这些研究激励了众多科学家与工程师在理论与实践领域持续探索。尽管笔者们身处不同国度，但巴西国家科学与技术发展委员会（CNPq）和日本学术振兴会（JSPS）等研究资助机构为笔者们赴对方国家参加学术会议提供了经费支持，使得当面探讨著作细节成为可能这是互联网难以替代的。同时，我们也感谢里约热内卢州研究资助基金会（FAPERJ）给予的支持。最后，特别感谢曾经与笔者们一起工作的研究生和访问学者：S.Ogasawara、K.Fujita、T.Tanaka、S.Atoh、F.Z.Peng、Y.Tsukamoto、H.Fujita、S.Ikeda、T.Yamasaki、H.Kim、K.Wada、P.Jintakosonwit、S.Srianthumrong、Y.Tamai、R.Inzunza、R.Kondo、K.Isozaki、P.G.Barbosa、A.Santisteban和G.Casaravilla，他们现在已在工业界或学术界工作。他们以极大的耐心协助我们形成诸多创新理念，设计搭建实验系统并获取实验数据。若没有他们热情的支持，本书的出版将难以实现。同时感谢Maynara Aredes和Laiacute;s Crispino对第2版文稿修订工作提供的帮助。

H.Akagi、E.H.Watanabe和M.Aredes

赤木泰文亲著，瞬时功率理论开山之作唯一权威中译本，徐政教授翻译，第2版全新面市从功率理论源头，解决有源滤波与电能质量控制的底层逻辑，打通公式到装置实现的完整链路。

本书是瞬时功率理论（p_q理论） 奠基人赤木泰文教授的权威专著，被誉为电力电子与电能质量治理领域的;开山之作，中文版由浙江大学徐政教授倾力翻译。作为该领域唯一的系统性理论著作，本书全新第2版不仅厘清了传统功率理论与p_q、abc、p_q_r等多套瞬时功率体系的物理内涵与适用边界，更直击非正弦、三相不对称工况下功率理论失效的核心痛点，为有源滤波器（APF）、SVG、UPQC及柔性输电（FACTS）等装置的算法设计与控制器开发提供底层逻辑支撑。

内容上，本书拒绝纸上谈兵，将抽象的功率理论与并联、串联、混合型有源滤波器及UPFC等主流调节器的工程实例深度绑定，并辅以大量仿真实验与章节习题，打通从公式推导到装置落地的完整链路。无论是高校电气工程硕博研究生、课题组教师，还是从事电能质量、新能源并网、储能变流器及工业传动研发的工程师，都能从中获得;不仅知其然，更知其所以然的理论源头知识与实战指导。第2版中译本增补了p_q_r理论、中压混合滤波器等前沿内容，旧版绝版多年，此番重译再版，是科研人员与行业工程师案头必备的工具书。

本书主要阐述与电力调节器密切相关的一个理论基础瞬时功率理论，并对不同的功率定义体系进行了深入的比较和分析，指出传统的功率定义体系不能满足现代电力电子技术发展的需要。同时书中有一半章节讲述了瞬时功率理论在包括并联型、串联型和混合型有源滤波器以及统一电能质量调节器、统一潮流控制器和通用有源线路调节器等电力调节器中的应用。书中包含大量的实例，便于读者理解。本书适合从事电力调节、电能质量和电力电子技术研究、开发、应用的技术人员和工程师，以及高等学校电气工程及其自动化专业的教师和研究生阅读。

[日本] 赤木泰文 （Hirofumi Akagi），是日本电力电子学术界权威领军人物，日本东京工业大学电气电子工程系杰出教授。1983 年提出;瞬时无功功率理论（p_q 理论）zwnj;，奠定有源电力滤波器技术基础。赤木泰文于1979年博士毕业后，先后任职于长冈技术科学大学、冈山大学，2000年回到东京工业大学任教。他于1996年当选IEEE会士。赤木泰文曾担任IEEE电力电子学会主席（2007_2008年）及IEEE Division II Director（2015_2016年）。其曾获2001年IEEE William E. Newell奖、2004年IEEE工业应用学会杰出成就奖、2008年IEEE Richard H. Kaufmann奖、2012年IEEE Nari Hingorani Custom Power奖以及2018年IEEE Medal in Power Engineering。其主要研究领域包括多电平变换器、模块化多电平级联变换器（MMCC）在电网并网与电机驱动系统中的应用，并主持开发了MMCC分层控制方法与PWM移相载波调制技术。

译者

徐政，电力系统专家，1962年9月出生于浙江海宁。浙江大学二级教授，国际电气与电子工程师协会会士（IEEE Fellow），电力科学技术杰出贡献奖获得者，爱思唯尔中国高被引学者，入选全球前2%顶尖科学家终身科学影响力排行榜。作为浙江大学直流输电研究团队的学术带头人，在直流输电系统原理、成套设计和交直流电力系统规划等方面取得了一系列创新成果，产生了巨大的经济效益和社会效益，在国内外具有重要的学术影响力，为推动直流输电事业的发展作出重大贡献。

译者的话

由著名日本学者赤木泰文（Hirofumi Akagi）等人撰写的Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning（瞬时功率理论及其在电力调节中的应用）第1版于2007年出版，第2版于2017年出版。第1版的中文版由译者翻译并于2009年由机械工业出版社出版，本书是第2版的中文版。随着以风电、光伏等新能源为主体，以高比例可再生能源、高比例电力电子装置为特征的新型电力系统的发展，通过基于电压源换流器（VSC）的电力电子技术解决新型电力系统中出现的新技术问题已成为趋势和共识。而赤木泰文等人于20世纪80年代初期创立的瞬时无功功率理论，是电压源换流器的两个理论支柱之一（另一个是脉宽调制理论），目前已在跨越所有电压等级的电力系统;源网荷储四个层面得到广泛应用，其影响是深远的。希望本书的翻译对新型电力系统建设有所帮助。限于译者水平，书中难免存在错误和不妥之处，真诚欢迎广大读者批评指正。译者微信公众号和B站号为;徐政讲直流输电，电子邮箱为xuzheng007@zju.edu.cn。

徐政2026年3月于浙江大学求是园

目录出版说明译者的话原书前言第1章引言1.1电功率理论的概念及其发展过程 ?0011.2p_q理论在电力电子装置中的应用 ?0031.3电力系统中的谐波电压 ?0041.4已知和未知的谐波源负载 ?0051.5谐波电流源和谐波电压源 ?0061.6谐波补偿的基本原理 ?0091.7潮流控制的基本原理 ?011参考文献 ?013第2章电功率的定义：背景情况2.1正弦条件下的功率定义 ?0152.2电压和电流相量与复阻抗 ?0172.3复功率与功率因数 ?0182.4非正弦条件下的功率概念传统方法 ?0192.4.1Budeanu的功率定义 ?0192.4.2Fryze的功率定义 ?0232.5三相系统中的电功率 ?0242.5.1三相系统的分类 ?0242.5.2三相对称系统中的功率 ?0262.5.3三相不对称系统中的功率 ?0282.6小结 ?0292.7习题 ?029参考文献 ?030第3章瞬时功率理论3.1p_q理论的基础 ?0323.1.1p_q理论的历史背景 ?0333.1.2Clarke变换 ?0333.1.3基于Clarke分量的三相瞬时有功功率 ?0373.1.4p_q理论定义的瞬时功率 ?0383.2三相三线制系统中的p_q理论 ?0383.2.1与传统功率理论的比较 ?0413.2.2将p_q理论用于并联电流补偿 ?0463.2.3对偶p_q理论 ?0543.3三相四线制系统中的p_q理论 ?0563.3.1三相正弦电压源中的零序功率 ?0583.3.2存在负序分量时 ?0593.3.3电压和电流中包含不对称和畸变时的一般性情况 ?0603.3.4瞬时实功率、虚功率和零序功率的物理意义 ?0633.3.5在p_q理论中避免Clarke变换 ?0643.3.6改进的p_q理论 ?0663.4瞬时abc理论 ?0703.4.1采用最小化方法计算有功电流和非有功电流 ?0713.4.2广义Fryze电流最小化方法 ?0763.5p_q理论与abc理论的比较 ?0793.5.1选择需要补偿的功率分量 ?0813.6p_q_r理论 ?0833.7小结 ?0893.8习题 ?089参考文献 ?091第4章并联型有源滤波器4.1并联型有源滤波器的一般性描述 ?0954.1.1用于并联型有源滤波器的PWM变流器 ?0964.1.2有源滤波器的控制器 ?0974.2三相三线并联型有源滤波器 ?1004.2.1用于功率恒定补偿的有源滤波器 ?1014.2.2用于电流波形正弦化控制的有源滤波器 ?1154.2.3用于电流最小化的有源滤波器 ?1244.2.4用于谐波阻尼的有源滤波器 ?1294.2.5数字控制器 ?1474.3三相四线并联型有源滤波器 ?1554.3.1用于三相四线制系统的变流器拓扑 ?1554.3.2动态滞环电流控制器 ?1574.3.3有源滤波器的直流电压调节器 ?1584.3.4最优功率流条件 ?1594.3.5瞬时功率恒定控制策略 ?1614.3.6电流波形正弦化控制策略 ?1634.3.7性能分析和参数优化 ?1664.4基于p_q_r理论的补偿方法 ?1764.4.1参考功率控制法 ?1784.4.2参考电流控制法 ?1814.4.3前述控制方法的替代方法 ?1834.4.4简化的正弦电源电流策略 ?1854.5基于p_q理论和p_q_r理论的控制方法比较 ?1874.6并联型选择谐波补偿 ?1914.7小结 ?1984.8习题 ?198参考文献 ?199第5章混合型与串联型有源滤波器5.1基本串联型有源滤波器 ?2045.2串联型有源滤波器与并联型无源滤波器的结合 ?2065.2.1一个实验系统的例子 ?2085.2.2关于混合型滤波器的几点评述 ?2155.3串联型有源滤波器与双串联二极管整流器的结合 ?2175.3.1第1代控制电路 ?2205.3.2第2代控制电路 ?2225.3.3稳定性分析和特性比较 ?2235.3.4开关纹波滤波器的设计 ?2265.3.5实验结果 ?2275.4纯有源滤波器与混合型有源滤波器的比较 ?2305.4.1低压无变压器的混合型有源滤波器 ?2315.4.2低压无变压器的并联型纯有源滤波器 ?2335.4.3仿真结果的比较 ?2355.5用于中压电机驱动的混合有源滤波器 ?2365.5.1用于三相6脉波二极管整流器的混合有源滤波器 ?2375.5.2用于三相12脉波二极管整流器的混合有源滤波器 ?2515.6小结 ?2655.7习题 ?266参考文献 ?266第6章串联与并联相结合的电力调节器6.1统一潮流控制器 ?2706.1.1FACTS和UPFC原理 ?2716.1.2UPFC的一种设计方法 ?2766.1.3采用并联多脉波变流器的UPFC方案 ?2826.2统一电能质量调节器 ?2926.2.1UPQC的一般性描述 ?2936.2.2三相四线UPQC ?2956.2.3UPQC与无源滤波器结合（混合型UPQC） ?3196.3通用有源线路调节器 ?3336.3.1UPLC的一般性描述 ?3346.3.2UPLC的控制器 ?3376.3.3UPLC的性能 ?3436.3.4一般性问题 ?3566.4用于三相整流器交流侧和直流侧的串并联混合滤波器 ?3566.4.1串并联组合型有源滤波器 ?3596.4.2交流电源的瞬时实功率与瞬时虚功率 ?3596.4.3整流器直流侧的瞬时功率 ?3616.4.4整流器交流侧与直流侧瞬时功率的比较 ?3626.4.5串并联有源滤波器的控制算法 ?3626.4.6公共直流链节 ?3646.4.7数字仿真 ?3676.4.8实验结果 ?3686.5小结 ?3706.6习题 ?371参考文献 ?371