四象限变频器由于具有能量可双向流动、网侧电流谐波小、功率因数高和直流母线电压可控等优点常应用于油田抽油机、电梯和提升机等电机可进行能量回馈的场合。但传统四象限变频器仍存在逆变侧恒压频比控制下低频机械特性差、整流侧周期性扰动不可消除、整流和逆变独立控制下负载突变时母线电压波动大以及变频器并联时环流影响系统稳定性等问题。本文针对四象限变频器系统中存在的上述问题，分别从增强低频时电机机械特性、减小整流侧输入电流谐波、减小母线电压波动和减小变频器并联环流等方面展开研究。
　　针对逆变器，本文以异步电机为控制对象，分析了异步电机的稳态模型，论述了恒压频比控制的变压变频调速系统性能优缺点，研究了基于定子电压矢量的低频电压补偿方案，得到了较好的电压补偿效果，实现了异步电机的安全启动及稳定运行。对于整流器，由于传统双闭环PI控制器无法跟踪周期性扰动信号，本文根据实际应用工况研究了重复控制与PI相结合的复合控制策略，并在此研究基础上提出一种利用PI控制器模型代替传统重复控制补偿器的方案，可进一步减小整流侧输入电流的低频谐波。
　　对于四象限变频器，为减小负载突变时引起的直流母线电压波动，研究了负载电流和电容电流前馈的控制方案，可使整流器及时跟踪负载功率变化，并利用电流计算值来替代传感器测量值，以减小电流传感器的物料和安装成本。针对变频器并联产生的环流问题，本文详细分析了并联环流产生的原因及其影响，建立了并联环流大小的数学模型，推导得出基波环流大小与变频器同相电压的幅值差和相位差均相关。在此基础上本文提出了一种在变频器并联输出端串联耦合电感的方案，在几乎不影响变频器输出特性的同时大幅度减小环流，并对此耦合电感进行了磁饱和分析与电感量设计。
　　本文分别对异步电机低频电压补偿策略、整流器新型补偿器复合控制、两种电流前馈协调控制以及基于耦合电感的变频器并联环流抑制进行了仿真研究。在此基础上，以功率为15kW的背靠背式四象限变频器为实验平台，完成了变频器不同工作方式下性能对比以及环流抑制试验。仿真和实验结果证明了本文研究工作的有效性和可行性。