高速磁悬浮永磁电机包括高速永磁电机和磁悬浮系统。根据电机转速的大小，可将电机分为低速电机和高速电机。以10000r/min为界限，低于10000r/min称为低速电机，高于10000r/min称为高速电机。永磁电机可分为永磁无刷直流电机、永磁同步电机等，其功率密度高、结构简单，受到越来越多的关注。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的实施，节能和储能问题成为我国电力能源转型关注的热点。
高速磁悬浮永磁电机具有效率高、寿命长和动态响应快等特点，在电力节能与储能方面具有独特的优势。因而，高速磁悬浮永磁电机在电力系统、大数据中心、医疗卫生、交通运输和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
目前，国内外研究人员对高速磁悬浮永磁电机（High Speed Maglev-Permanent Magnet Motor, HSM- PMM）本体的多物理场研究较多，而针对高速磁悬浮永磁电机控制研究较少。高速磁悬浮永磁电机研究的热点之一是高速永磁电机转子结构、轴承-转子动力学和定子结构等。
功率变换器和高速永磁电机可靠控制是高速磁悬浮永磁电机稳定运行的前提条件。基于中点钳位（Nautral Point Clamped, NPC）三电平变换器的变频调速控制，主要的调制方式包括载波层叠脉冲宽度调制、空间矢量脉冲宽度调制、开关频率最优脉冲宽度调制和特定谐波消除脉冲宽度调制等。
但是，对于基于中点钳位三电平变换器的高速磁悬浮永磁电机控制，其控制的挑战与难点在于高基波频率高载波频率状态下中点钳位三电平变换器中点电压平衡控制和高速永磁电机高频稳定控制。探索适用于基于NPC三电平变换器的大功率高速磁悬浮永磁电机调速控制具有一定的研究意义。
高基波频率运行状态下的功率变换器和高速永磁电机控制是高速磁悬浮永磁电机研究的关键技术之一。上海海事大学物流科学与工程研究院、上海交通大学电力传输与功率变换控制教育部重点实验室的张丹、姜建国，在2022年第22期《电工技术学报》上撰文，为了实现高速磁悬浮永磁电机稳定运行，从功率变换器控制和高速磁悬浮永磁电机无速度传感器控制两个角度进行研究。
图1 电机NPC三电平控制现场安装
他们为了解决高频状态下中点钳位三电平变换器中点电容不平衡问题，采用基于比例调节因子的中点不平衡控制方法。功率变换器的稳定运行为磁悬浮永磁电机高速运行提供了保障。采用基于滑模观测器的无速度控制方法，实现高基波频率高载波频率下的转速辨识，实现磁悬浮永磁电机在高频旋转磁场下的稳定运行。
研究人员最后将高速磁悬浮永磁电机控制技术进行现场应用，验证该控制方法的可行性。实测结果表明，该控制策略能够实现无位置传感器情况下高速磁悬浮永磁电机的转子位置定位和低速起动控制，并实现高速稳定运行，该高速磁悬浮永磁电机控制方法具有很好的实际应用价值。
本文编自2022年第22期《电工技术学报》，论文标题为“高速磁悬浮永磁电机三电平无速度传感器控制”。本课题得到电力传输与功率变换控制教育部重点实验室开放课题的支持。
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