石油是不可或缺的战略资源,而我国石油高度依赖进口,迫切需要加强国内油气资源的高能效低成本开发。潜油电泵是油田广泛使用的石油开采装备,然而,目前我国的潜油电泵驱动系统主要是由地面电源经三相交流长电缆为井下潜油电机供电,存在电缆损耗大、系统效率低等问题。本文提出并研究一种采用中高压直流供电的井下逆变器-潜油永磁同步电机集成系统,采用直流侧串联模块化逆变器,以降低单个模块的电压等级,实现中压逆变器的紧凑化,满足井下空间要求;采用具有多套三相绕组的多相潜油永磁同步电机,构成模块化集成电机系统。本文重点针对直流侧串联逆变器电容均压控制策略和潜油永磁同步电机高效率控制策略等关键问题,开展理论分析、仿真和样机实验验证研究。首先,以双三相永磁同步电机为例,推导了相坐标系和双d-q坐标系下的电机数学模型,从转矩控制的角度,分析了基于双d-q轴变换的矢量控制基本原理,将双三相永磁同步电机等效成两个三相电机进行独立控制,与模块化逆变器结合,为实现井下逆变器-电机系统的模块化奠定基础。其次,针对直流侧串联电容电压不均衡问题,提出基于电流环补偿的独立占空比控制策略,并给出具体的均压控制器参数选取原则。建立了直流侧串联模块化逆变器的小信号线性化动态模型,并利用稳定性判据对均压控制器参数进行设计。通过仿真和实验验证将该方法与共同占空比控制、共同占空比补偿控制进行了对比分析,验证了所提出的均压控制方法的有效性。最后,针对考虑铁耗的永磁同步电机的最高效率控制的解析解难以求出的问题,提出基于梯度下降算法的损耗函数最小化数值解求解方法。建立了基于损耗的电机数学模型,同时考虑电机铜耗与铁耗的最小化,采用梯度下降算法求出损耗函数最小时的最优数值解。通过仿真和实验验证将该方法与最大转矩电流比对比分析,验证了该方法对于电机效率提升的有效性。