虚拟电机系统作为一种可以模拟电机的电压、电流等端口特性的电力电子负载,为电机驱动电源的开发与测试提供了新的测试手段,在新能源汽车、轨道交通以及工业制造等领域有着良好的应用前景。虚拟电机系统具备全数字系统的灵活性以及传统电机测试平台的实时性和可靠性,因此它的开发逐渐受到重视。为了实现对电机复杂工况的模拟,本文选择背靠背两电平变换器拓扑的虚拟电机系统。分别从“考虑故障特性模拟的两电平变换器控制算法设计”和“电能的高质量回馈”两方面展开研究,以期提升虚拟电机系统对复杂工况的适应性,充分发挥其优良性能。交流电机运行工况复杂,需考虑暂态以及故障状态,针对数学建模和特性实时模拟存在困难等问题,在对交流电机进行建模时,考虑到了定子绕组匝间短路这一典型故障,随后对比了不同数值计算方法的求解结果,选择四阶龙格库塔法作为数值计算方法;考虑到电机暂态电流和故障电流的特性,电机电流跟踪则使用准比例谐振控制器,并进一步考虑到实际的数字控制延时,在保障系统稳定性的前提下,以尽可能提高系统带宽和动态响应能力为目标完成了参数设计。为了实现电能的高质量回馈,首先分析了虚拟电机系统模拟电机暂态过程和故障状态造成的直流侧电压波动,并进一步分析其导致的网侧电流畸变现象。随后通过选型比对,选择自适应二阶数字陷波器进行谐波抑制,同时分析了考虑不同种数字滤波器下的比例积分控制器参数设计和调试方法。最后,仿真和实验结果验证了本文研究内容的可靠性和合理性,为虚拟电机系统的研究和应用提供参考。