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。
前言
随着我国工业现代化进程的不断深入，以电气化交通、可再生能源发电等为代表的现代电力行业，对电机系统的运行效率、控制精度及可靠性提出了日益严苛的要求。在传统永磁同步电机理论与控制技术日趋成熟的背景下，开绕组永磁同步电机系统因其独特的拓扑结构优势而备受关注。该系统不仅继承了传统永磁同步电机功率密度大、效率高、结构简单等显著优点，更通过拓扑结构的创新优化实现了系统性能的全面提升。其开绕组结构不仅能够提供更大功率容量的能量转换，而且其输出电压呈现多电平特性，可有效降低谐波损耗；同时，该结构还赋予系统更强的容错控制能力，显著提升了运行可靠性。这些优势使得开绕组永磁同步电机系统在电驱动和发电领域均展现出广阔的应用前景，其理论研究与工程应用也日益受到国内外学术界与工业界的高度重视。
尽管目前关于开绕组永磁同步电机系统控制策略的研究已取得丰硕成果，但现有文献在系统性方面仍存在明显不足：一方面，缺乏对开绕组电机各类拓扑结构、工作原理及控制策略的全面梳理；另一方面，针对电驱动与发电不同应用场景下，基于不同拓扑结构的特性分析与控制策略研究也亟待完善。为此，本书旨在系统性地研究开绕组永磁同步电机系统，重点聚焦开绕组永磁同步电机系统的高性能控制技术，深入分析了多种拓扑结构下开绕组永磁同步电机系统的控制策略，通过数学建模、理论分析和实验验证相结合的方法，力求为读者清晰阐释该系统的关键技术问题与具体解决方案。
全书共分为6章：第1章概述开绕组电机系统的提出、拓扑结构类型以及常规永磁同步电机高性能控制基本原理；第2章介绍隔离直流母线型开绕组永磁同步电机系统的数学模型，深入探讨矢量控制、直接转矩控制和模型预测控制在该系统中的应用与优化方案；第3章介绍共直流母线型开绕组永磁同步电机系统的结构特性及其零序电流抑制方案；第4章阐述混合供电型开绕组永磁同步电机系统的工作原理，重点解析其串联补偿机制与混合调制策略；第5章介绍开绕组永磁同步电机系统的容错控制技术，包括开关器件故障和电机断相故障下的控制策略；第6章探讨开绕组永磁同步发电机单边可控系统的拓扑结构，分析隔离直流母线型系统的不同电压分配比调制范围，提出共直流母线型系统的零序电流抑制与电流快速过零点解决方案。
本书的选题与撰写工作，承蒙机械工业出版社李小平编辑的鼎力支持，在此表示诚挚的谢意。本书的研究工作还获得了国家自然科学基金项目开绕组永磁同步电机双变换器串联补偿运行与协调控制研究（51377141）、开绕组永磁同步电机全速域优化模型预测控制研究（51877197）和开绕组同步电机接口新能源发电拓扑、运行机理与控制方法研究（U23B20127）的资助，在此一并致谢。
限于作者学识，本书在开绕组永磁同步电机控制领域的探讨难免存在疏漏之处，某些前沿研究内容也未能详尽涵盖，敬请读者谅解。书中如有不妥之处，诚挚欢迎各位专家和读者批评指正，以期在后续研究中不断完善。
作者
2025年9月于浙江大学
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。
目录
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
3.1.2--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
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