无刷双馈风力发电机是一种新型的变速恒频电机,与传统的双馈感应发电机相比,该类电机取消了电刷滑环结构,在继承了转差功率变换优势的同时,具有机械结构简单,可靠性高,维护成本低的优势。随着能源危机和环境污染的日益加重,寻找清洁、高效可替代的清洁能源成为国内外的热点课题。风能发电具有成本低、储量丰富、能量密度高的优势,迄今为止仍是最具大规模和商业开发价值的新能源发电方式。在这一背景下,无刷双馈发电机以其独有的优势,在条件恶劣的风力发电场合,尤其是海上风力发电领域具有独特的优势。本文以一种新型双定子无刷双馈电机(DS-BDFIG)为研究对象,该种电机本质上为一体化的级联无刷双馈感应电机,该电机的双定子结构有利于充分利用电机径向空间,具有结构紧凑,功率密度高的优势;同时在设计原理上又与传统的双馈感应电机类似,是一种极有前途的新型风力发电机。为便于对受控对象进行理论分析,论文首先建立了DS-BDFIG在统一坐标系下的数学模型;随后论文在此基础上实现了电机在并网工况下的磁链定向矢量控制策略,在合理前馈项的参与下,该控制策略能够通过对控制绕组d、q轴电流的控制实现机组有功和无功功率的解耦控制;为了分析并网工况下机组的无功功率调节能力,论文提出了一种DSBDFIG无功运行范围的解析计算方法,综合考虑发电机自身运行约束/网侧变换器容量约束对机组无功调节能力的影响,推导了该类电机在不同工作点下无功容量的解析算法。论文设计并实现了基于DS-BDFIG的独立发电系统的控制策略,提出的功率绕组端电压不平衡和谐波分量抑制策略,通过在控制绕组注入2倍基频电流,实现功率绕组端电压负序分量和谐波分量的补偿,有利于在负载不平衡等工况下保证电机端电压的电能质量,提高基于DS-BDFIG的独立发电系统对实际工况的适应能力。为了进一步提高DS-BDFIG风力发电系统的可靠性,论文提出了一种单变流器的BDFIG直流并网风力发电方案。所提出的结构中,电机PW端通过三相不控整流桥与直流电网相连,仅需一个电压源型PWM变换器即可实现转差功率变换,很大程度上降低了系统的复杂度和维护成本。在此方案上提出的转矩脉动抑制策略有利于降低单变流器BDFIGDC系统的固有转矩脉动,可以在实现BDFIG直流并网的同时尽可能减少对风力发电机轴系的影响。论文通过实验验证了理论分析和提出策略的正确性。