风力发电系统通过整合大自然丰富的风能资源,充分发挥可再生清洁能源的优势,实现可再生能源的最大化利用,对保障系统供电可靠性和灵活性、减少生态污染、提高能源利用效率等方面具有重要意义。目前,风力发电变流器技术作为风电研究领域的核心技术之一,仍然还有许多问题有待解决。一方面,为满足风电系统安全性、可靠性等要求,研究风力发电系统的变流器拓扑结构及其相应的控制方法是风电技术领域的重点和难点;另一方面,随着风电系统等分布式发电设备的渗透率增大,减小可再生发电设备的随机性及其对大电网稳定性的干扰对电力系统的影响具有重要的现实意义。本文首先从风电系统经济性、环保型、可靠性等方面总结了风力发电系统的国内外研究现状,然后对风力发电技术的基本概念、变流器拓扑结构以及控制策略等特性进行了简单的分析。考虑到传统同步发电机电源的特点以及充分发挥电力电子变流技术在快速性、可靠性等方面的优势,在满足最大功率传输的条件下提出了一种可以保持单位功率因数运行、具有同步发电机并网特性的风力发电模型。结果表明,通过电力电子技术对同步发电机外特性的模拟,选择合适的变流器结构及其控制参数,可以合理地调整风电出力,保证风电设备以最大功率进行传输,提高风电系统的供电质量及其系统的稳定性。为了提高风电系统的风机出力,增强风能的利用率,使风机系统工作于最佳叶尖速比以实现最大功率传输,进行了超声波风速风向仪的设计,本文分析了超声波的主要性能特征及其换能器的主要性能指标,介绍了时差法进行风速风向测量的原理同时对超声波换能器收发电路的设计进行了分析,使用FPGA进行了相关控制算法及其串口通信的设计,最后通过相关风洞测试实验,验证了该风速风向仪的有效性,该仪器对风速的准确测量可以使风电系统更为高效、可靠地运行。为了提高风力发电设备的电能质量,减小发电随机性与波动性对电力系统的影响,实现风电系统安全、可靠地最优运行,在准确获取风速风向的条件下,建立了基于虚拟同步发电机控制策略的永磁风力发电系统双PWM变流器控制模型。通过对机侧三相PWM整流变流器的设计,实现了稳定的直流端电压输出,网侧三相PWM逆变器实现了最大功率跟踪以及单位功率因数运行,可以方便的使系统工作于独立及其并网状态。