由于有限资源的枯竭和人类生存环境的恶化，以化石燃料为结构主体的传统能源体系将逐步过渡到以新能源和可再生能源为主体的新型能源体系。大力发展新能源是实施我国可持续发展战略的一个重要组成部分，风力发电已经成为当今发展最快的新能源之一。我国风力发电事业相对于国际先进国家还有不小的差距，因此必须加大对风力发电的相关理论以及技术装备的研究。本文就以目前最具发展潜力的无刷双馈风力发电机组为研究对象，对其模型、特性、控制以及其中的电力电子技术进行研究。文章就以下几个方面开展深入系统的研究，并取得了一些创新性的成果。 首先，本文以详尽的最新资料和数据介绍了风力发电在国内外的发展概况，介绍了各国为促进风力发电的发展所采取的各种政策措施。对风力发电技术，特别是变速恒频风力发电技术进行了详细的讨论，对先进控制方法以及电力电子技术在风力发电中的应用进行了综述。 其次，无刷双馈电机作为一类交流励磁异步化同步电机，具有优良的特性，在风力发电中有着广泛的应用前景。本文对无刷双馈电机的发展历程以及研究现状进行了介绍，并对其工作原理以及结构特点进行了讨论。建立了无刷双馈电机的仿真模型，对其各种运行方式进行了仿真研究。创新性的详尽推导了无刷双馈电机的稳态等效电路模型，通过简化模型，得到了该电机在电动或发电运行方式下，定子绕组间的功率分配关系以及功率流向，为该电机在风力发电中的应用奠定了有效实用且直观的理论基础。 此外，通过对风力发电机组的各部分元件进行详细的机理建模，建立了并网型无刷双馈风力发电机组的完整的非线性数学模型。对恒定风速下风力发电机组的运行特性进行了仿真研究，并且讨论了存在扰动时风力发电机组的响应情况。 由于无刷双馈电机是一个时变强非线性耦合系统，因此无刷双馈风力发电机组应用的关键在于对其有功功率和无功功率解耦控制，这样一方面提高了发电机组的可控性及电能品质，另一方面也为电网调度提供了技术手段。另外风力发电系统的最大风能捕获问题也是近年来国际上的前沿研究课题。基于扩张状态观测器的自抗扰控制器具有不依赖于被控对象的具体数学模型，并对内外扰动具有较强抗干扰能力的特点。本文首次将自抗扰控制应用到无刷双馈电机有功功率与无功功率的解耦控制，将功率控制系统分解为有功功率子系统和无功功率子系统，在此基础上建立了风力发电机组的功率控制模型。仿真结果表明基于自抗扰控制器的无刷双馈风力发电机组成功实现了有功功率与无功功率的解耦控制，不仅能够实现最大风能捕获，而且可以根据电网的实际需求调节风力发电机组无功功率的输出，验证了控制算法的有效性。风力发电机组由于机械结构的限制存在着转速限制，由于电气元件的负荷承受能力限制存在着功率限制。因此额定风速以上时，需要通过控制桨距角来实现额定恒功率输出，并且保持转速在额定转速处。桨距角控制问题国外尚不完善，国内的研究也很少见。鲁棒控制理论考虑了数学模型具有的不确定性，具有比较成功和完善的理论体系，并且具有明确的物理意义。本文率先将H<,∞>控制理论应用到额定风速以上时风力发电机组的恒功率输出的控制器设计，建立了恒功率控制的标准H<,∞>控制问题，利用LMI方法求解，得到了桨距角的H<,∞>控制器。仿真结果表明该H<,∞>控制器能够成功实现额定风速以上时的恒功率输出控制，并且在系统存在不确定性的情况下，该控制器仍然具有良好的鲁棒性。 功率变换装置是风力发电系统中的关键装置之一。作为新型“绿色”变换器的矩阵变换器最大程度展现了电力电子技术的特色和功能，能实现整流、逆变和变频等多种功能，在风力发电中具有极大的应用潜力。本文对矩阵变换器的发展及控制策略进行了比较详细的介绍和仿真研究，在仿真研究的基础上，与课题组的同学一起对矩阵变换器的设计进行了具体的制作，搭建了矩阵变换器的实验样机，并且在实验样机上进行了开路实验和电阻性负载下的闭路实验。实验结果表明设计方案合理可行，软硬件设计正确。本文还对正在完成中的风力发电机组的实验装置进行了介绍。最后归纳了本文研究的成果和创新性，并对进一步的研究工作提出了建议。