开绕组永磁同步电机控制技术

这本专著是浙大孙丹教授和年珩教授多年研究成果的集中体现。该书是“先进电机系统及控制关键技术·自主创新丛书”中的一本。

丛书围绕强化国家战略科技力量、加快实现高水平科技自立自强的核心目标，我国正驱动高端装备制造及新型工业体系升级迈向更高水平。作为能量转换与精密驱动的核心载体及关键技术支撑，电机系统堪称现代工业、交通、能源、国防等战略性领域发展的“动力心脏”，更是高端装备制造业实现自主可控的重要基石。

“先进电机系统及控制关键技术·自主创新丛书”系统总结了我国在先进电机系统及控制领域的新理论、新技术、新实践等自主创新成果，体现我国科学家和企业在该领域取得的理论突破和创造性工程成果，以推动科技创新与产业升级深度融合。

丛书所涵盖的关键前沿技术已广泛渗透至高端芯片制造、高档数控机床、风力发电、航空推进、工业机器人、电动汽车、船舶动力、高铁牵引、石油天然气等领域，这些领域不仅是国民经济的基础性产业，更是保障国家工业体系完整、夯实产业安全根基的战略性关键领域。

丛书是在电机系统与控制领域国际著名专家诸自强院士、国内领军人物华中科技大学曲荣海教授等带领下，紧跟我国科技发展战略，联合机械工业出版社，组织来自清华大学、华中科技大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、东南大学、中科院电工所、南京航空航天大学等头部高校和知名科研院所长期从事相关领域工作的中青年骨干科学家，承担各分册的组织与编写工作。

本书系统阐述了开绕组永磁同步电机控制技术的理论基础与技术实现方法，是作者及其研究团队十五年研究成果的提炼与总结。本书深入剖析了隔离直流母线型、共直流母线型和混合供电型等典型开绕组电机系统拓扑结构的特征、运行机理和控制方法，系统比较了矢量控制、直接转矩控制和模型预测控制策略在不同类型开绕组永磁同步电机系统拓扑结构下的适应性及优化方案，详细介绍了逆变器开关器件故障与电机断相工况下的开绕组永磁同步电机系统容错控制策略，并针对性地探讨了隔离直流母线型与共直流母线型单边可控开绕组永磁同步发电机系统的拓扑优化及控制策略。作为系统化论述开绕组永磁同步电机控制技术的专著，本书全面梳理了开绕组电机的拓扑结构体系与控制理论框架，提出了基于不同拓扑特性的控制方法优化方案，为开绕组永磁电机控制领域提供了新的研究思路与方法，具有重要的学术价值与工程指导意义。本书适合电气工程及其自动化、电机控制、电力电子技术、新能源发电相关专业领域的科研工作者阅读，也可作为相关专业的教师、研究生和高年级本科生的参考书。

孙丹，博士，毕业于浙江大学电气工程专业。现任浙江大学电气工程学院教授、博士生导师。主要从事新能源发电并网运行控制技术与交流电机高性能控制技术的研究工作。
主持并参与国家自然科学基金、国家重点研发项目等多项科研项目，共发表论文100余篇，获授权发明专利 30余件，获中国电工技术学会科学技术进步二等奖、教育部科技进步二等奖、浙江省科技进步二等奖等。

年珩，博士，毕业于浙江大学电气工程专业，现任浙江大学电气工程学院教授、博士生导师。主要从事电机系统建模、运行分析、控制技术等方面的研究工作。共发表论文200余篇，连续获爱思唯尔2020、2021中国高被引学者； IEEE高级会员，担任4本国际期刊编委；获授权发明专利 40余件。
获2022年浙江省科学技术进步二等奖、2021年中国电工技术学会科学技术进步二等奖、2021年浙江省钱江能源科学技术进步一等奖、2020年中国电力科学技术进步一等奖等。

丛书序

前言

第1章绪论

1.1开绕组电机系统的提出

1.2开绕组电机系统拓扑结构类型

1.2.1基于不同供电连接方式的开绕组电机系统

1.2.2基于不同电机类型的开绕组电机系统

1.2.3基于不同逆变器类型的开绕组电机系统

1.2.4基于不同应用场景的开绕组电机系统

1.3常规永磁同步电机系统高性能控制基本原理

1.3.1矢量控制

1.3.2直接转矩控制

1.3.3模型预测控制

1.4本书的主要内容

第2章隔离直流母线型OW-PMSM系统控制

2.1隔离直流母线型OW-PMSM系统数学模型

2.1.1OW-PMSM的统一数学模型

2.1.2常用坐标系下的OW-PMSM数学模型

2.1.3双逆变器的数学模型和电压空间矢量

2.2隔离直流母线型OW-PMSM矢量控制

2.2.1基于电压二分法的矢量控制

2.2.2基于交换钳位法的矢量控制

2.2.3基于统一空间矢量调制法的矢量控制

2.2.4实验验证与分析

2.3隔离直流母线型OW-PMSM直接转矩控制

2.3.1适用于直接转矩控制的基本电压矢量分析

2.3.2传统直接转矩控制

2.3.3优化直接转矩控制策略

2.3.4实验验证与分析

2.4隔离直流母线型OW-PMSM模型预测控制

2.4.1传统模型预测控制策略

2.4.2基于磁链矢量的模型预测控制策略

2.4.3实验验证与分析

第3章共直流母线型OW-PMSM系统控制

3.1共直流母线型OW-PMSM系统数学模型

3.1.1a-b-c坐标系下的OW-PMSM模型

3.1.2α-β-0坐标系下的OW-PMSM模型

3.1.3d-q-0坐标系下的OW-PMSM模型

3.1.4计及零序分量的双逆变器数学模型

3.2共直流母线型OW-PMSM矢量控制

3.2.1考虑零序电流抑制的矢量控制技术

3.2.2基于零矢量重分配的电压空间矢量调制算法

3.2.3实验验证与分析

3.3共直流母线型OW-PMSM直接转矩控制

3.3.1传统直接转矩控制策略

3.3.2基于集成电压矢量查询表的直接转矩控制策略

3.3.3实验验证与分析

3.4共直流母线型OW-PMSM模型预测控制

3.4.1模型预测电流控制策略

3.4.2基于参考电压矢量跟踪的模型预测电流控制策略

3.4.3实验验证与分析

第4章混合供电型OW-PMSM系统控制

4.1混合供电型OW-PMSM系统数学模型

4.2混合供电型OW-PMSM系统调节逆变器功能分析

4.3混合供电型OW-PMSM矢量控制

4.3.1传统矢量控制策略

4.3.2基于混合调制矢量控制的弱磁控制策略

4.3.3实验验证与分析

4.4基于多矢量调制的混合供电型OW-PMSM模型预测控制

4.4.1传统模型预测控制策略

4.4.2基于多矢量调制的优化模型预测控制策略

4.4.3实验验证与分析

4.5基于电容电压自适应的混合供电型OW-PMSM模型预测控制

4.5.1考虑电容充放电时的电压空间矢量分析

4.5.2基于电容电压自适应的模型预测控制策略

4.5.3实验验证与分析

第5章OW-PMSM系统故障容错控制

5.1OW-PMSM系统开关器件故障下的容错控制

5.1.1开关器件故障下的系统模型

5.1.2开关器件故障下的容错控制策略

5.1.3实验验证与分析

5.2共直流母线型OW-PMSM系统电机断相故障下的容错控制

5.2.1断相故障下的电压模型

5.2.2断相故障下的控制策略

5.2.3实验验证与分析

第6章OW-PMSG单边可控系统控制

6.1隔离直流母线型OW-PMSG单边可控系统控制

6.1.1隔离直流母线型OW-PMSG单边可控系统数学模型

6.1.2隔离直流母线型OW-PMSG单边可控系统电压矢量及其调制范围分析

6.1.3隔离直流母线型OW-PMSG单边可控系统控制策略

6.1.4实验验证与分析

6.2共直流母线型OW-PMSG单边可控系统控制

6.2.1共直流母线型OW-PMSG单边可控系统数学模型

6.2.2共直流母线型OW-PMSG单边可控系统零序电压调制范围分析

6.2.3共直流母线型OW-PMSG单边可控系统控制策略

6.2.4实验验证与分析

参考文献