基于储能的双模式直驱风力发电系统有两种运行模式:独立运行模式和并网运行模式。由于直驱风力发电系统的机侧变换器与负载侧变换器是解耦运行,因此,直驱风力发电系统并脱网双模式运行是通过负载侧变换器实现。为了最大限度的使风力发电机组捕获风能,机侧变换器在额定转速以下采用最大功率点追踪(maximum power point tracking,MPPT)控制,从而提高机组的发电效率和增加机组的年发电量。为了保证全功率变换器的稳定运行,必须通过储能系统为系统提供稳定的直流电压支撑。针对基于储能的双模式直驱风力发电系统,本文从机侧MPPT控制实现、负载侧双模式运行控制和储能系统功率控制等方面开展了研究,具体研究内容如下:(1)目前,MPPT控制研究重点是有功功率参考值算法的改进,但是对于基于功率信号反馈法(power signal feedback,PSF)的MPPT控制,如何获取功率反馈信号也是实现MPPT控制的关键技术之一。针对基于PSF的MPPT控制,对风能跟踪性能影响较大的是转子位置检测精度、功率反馈信号的误差和环路控制器参数性能。首先,通过对电流内环和功率外环的控制器参数的设计,保证系统具有良好的动静态性能。其次,对于基于PSF的MPPT控制,采用基于机侧虚拟功率反馈信号的MPPT实现方法,可以提高系统运行的可靠性和性能,同时减小系统的硬件成本和维护成本。最后,针对基于反电动势滑模观测器的转子位置估算方法,提出了一种基于自适应滑模观测器的无位置传感器控制方法。该方法从两方面进行改进,一方面引入自适应广义二阶积分器代替常用的低通滤波器,使得相位误差快速收敛于零,提高了系统的跟踪性能。另一方面,引入sigmoid函数,综合考虑系统的快速性和抗抖振性。(2)随着中点箝位型三电平变换器被广泛应用到直驱风力发电系统,能否保证直流母线中点电位(neutral-point potential,NPP)平衡对系统有至关重要的影响。以网侧NPC三电平变换器为研究对象,提出了一种基于零序电压叠加的中点电位控制方法,即将均压环输出的零序电压叠加到调制电压上,并采用一种基于最大开环剪切频率设计控制器参数的方法。该中点电位控制方法的系统具有以下优点:计算方法简单,有效抑制NPP交直流波动,正负直流母线电压动态响应快,直流电压利用率高。(3)基于储能的双模式直驱风力发电系统实现独立运行和并网运行的关键是电力电子接口逆变器。针对双模式逆变器,本文提出了一种基于改进下垂控制的并脱网运行统一控制策略,独立运行时可保证逆变器的工作频率固定为额定频率,同时减少了线路阻抗对逆变器无功控制性能的影响,并网运行时可保证逆变器输出有功和无功功率均处于可控状态,且不受电网频率波动的影响。其次,实现逆变器并脱网平滑切换的关键是公共耦合点电压与电网电压的同步。并网同步包含频率同步、相位同步和幅值同步,对于采用传统下垂控制的双模式逆变器,如何实现频率和相位的同时同步是主动同步控制的难点。针对该问题,本文提出了一种基于频率恢复控制的主动同步控制方法,使逆变器独立运行时工作频率固定为额定频率,从而可以只通过相位偏差的调节实现频率和相位的同时控制。该同步控制方法简单,同时避免了采用V/f-PQ控制时运行模式切换容易引起系统震荡的问题,即该方法综合了V/f-PQ控制和传统下垂控制的优点,为实现直驱风力发电双模式运行和平滑切换奠定了基础。(4)为了保证双模式直驱风力发电系统的稳态功率平衡,必须配备能量密度大的储能系统。为了保证系统动态性能,必须配备功率密度大的储能系统。为了优化储能系统的综合性能,本文采用蓄电池-超级电容器混合储能系统。针对基于混合储能系统的双模式直驱风力发电系统的运行特点,本文研究了一种可行的综合控制策略,在保证系统独立并网运行时功率平衡的同时,平滑了输出功率并有效地抑制直流电压的波动。风速的不确定性和独立运行时逆变器负载突变,都会引起差值功率devp的突变,从而导致直流电压的波动,因此,要求储能系统具有良好的抗扰性能。本文通过建立混合储能系统的控制模型,详细分析了直流电压外环的剪切频率cvf和高通滤波器截止频率0?对混合储能系统抗扰性能指标和超级电容容量的影响,得出了超级电容功率环路设计的约束条件和cvf的选取方法。(5)建立了基于储能直驱风力发电系统的仿真模型和实验平台,通过MATLAB仿真和实验验证了本文所提方法的正确性和可行性。