在全球能源危机和环境问题日益严重的背景下,风力发电技术受到了世界各国的高度重视,在近些年得到了快速的发展。在目前两种主流的风力发电机组中,直驱型永磁同步风力发电机组由于具有机械损耗小、运行效率高、无需齿轮箱、维护成本低和可靠性高等优势,已成为现代变速恒频风电机组的主要发展方向之一。随着接入电网的风电机组容量不断增加,电网与风电机组之间的相互影响程度也越来越大,深入研究直驱型风电机组并网换流系统的控制策略具有重要的现实意义和价值。在直驱型风电机组并网换流系统的控制问题中,本文主要研究直驱风机PWM换流器的非线性控制方法以及在电网非正常运行情况下直驱风机并网换流系统的控制策略。由于PWM电压源型换流器属于非线性多输入多输出系统,常规双闭环PI矢量控制方法存在功率解耦不足、动态响应特性差及对模型依赖性强等问题,难以取得满意的控制效果。而在电网出现故障等非正常运行条件下,从电网安全运行的角度出发,风电机组需要具备一定的低电压故障穿越能力和抗扰动能力,而直驱风机的常规控制是基于电网正常运行情况设计的,需要研究适应电网复杂运行条件的优化控制方法。综上,本文以直驱型风电机组的并网换流系统作为研究对象,对并网系统中换流器的非线性控制方法以及在电网电压跌落和不对称故障情况下的控制策略进行研究。建立完整的直驱型风电机组数学模型是研究并网换流系统控制策略的基础,为此,本文详细建立了直驱型风电机组的空气动力学模型、机械传动机构的轴系模型、桨距角控制系统模型、永磁同步发电机模型和双端背靠背换流系统模型,并采用矢量控制和前馈补偿控制研究了发电机侧和电网侧换流器的常规PI控制策略,仿真结果表明通过所建立的常规控制系统够实现最大风功率追踪和直流电压恒定等基本控制目标。针对直驱风机换流系统的非线性控制问题,本文首先基于微分平坦理论进行了研究。根据微分平坦理论的基本概念,结合直驱风机双端换流系统的数学模型,对换流系统的平坦性进行了验证,并据此设计了机侧和网侧换流器的微分平坦控制策略。在此基础上,本文对网侧微分平坦控制的误差反馈补偿环节进行了控制结构的优化,改进了基于PI控制的常规方法。此外,通过与自抗扰控制相结合,提出了外环采用自抗扰控制、内环采用微分平坦控制的网侧换流器复合非线性控制策略,增强直驱风机并网系统的抗扰动能力。在直驱风机网侧换流器的非线性控制方面,本文还以反推设计法为基础进行了相关研究。一方面,本文采用扩张状态观测器对直驱风机网侧系统的总扰动量进行估计,并将扰动量引入到换流器反推控制律的推导过程中,提出了网侧基于扩张状态观测器的反推控制策略,通过对系统的总扰动进行补偿控制,改善外部扰动时直驱风机的并网动态特性：另一方面,本文将滑模控制方法和反推法进行结合,并考虑到常规滑模控制存在的高频抖振问题,运用非奇异终端滑模控制方法,提出了结合反推控制和终端滑模控制的网侧换流器复合控制策略,并基于Lyapunov稳定理论对复合控制下直驱风机网侧系统的渐近稳定性进行了验证。为了研究直驱型风电机组在电网故障造成电压跌落期间的低电压穿越控制策略,本文阐释了风电机组低电压穿越的基本概念和直驱型风电机组实现低电压穿越的基本原理,提出了机侧分段式转速控制和网侧多模式功率控制相结合的直驱风机双端换流系统联合控制策略。通过对转速的调节限制发电机输出的有功,使机侧有功主动追踪网侧有功的变化趋势,而网侧换流器则通过对有功、无功的重新分配起到低电压期间对电网的无功支撑作用。仿真结果表明,采用所提控制策略能够有效提高直驱型风电机组的低电压穿越能力和对电网的无功支撑能力。针对电网不对称故障条件下直驱风机网侧有功、无功功率和直流电压出现二倍频振荡以及直流母线过电压的问题,常规的故障穿越控制策略无法同时实现多方面的控制目标,需基于不同控制目标分别计算控制参考值,本文提出了两种主控制器和附加控制环节相结合的综合控制方法。在主控制器中,分别基于Lyapunov渐近稳定理论和前馈电流控制方法设计了直流电压优化反馈补偿控制环节和反映直流母线两端有功不平衡的前馈控制信号,并与微分平坦控制相结合,构成了两种网侧换流器的主控制部分；在附加控制方面,基于同步旋转坐标系下的直驱风机网侧数学模型分析了电网不对称故障情况下网侧的功率特性,推导了正序旋转坐标系中正序分量和负序旋转坐标系中负序分量之间的变换方法,根据该变换方法和以负序二次分量表示的直驱风机网侧二倍频电压方程推导了基于有功和无功二次谐波分量的控制方程,并采用准比例谐振控制器设计了两种能够同时抑制有功和无功二倍频振荡的谐波补偿附加控制环节。仿真结果表明,通过所提的不对称故障穿越控制策略能够同时抑制直驱风机网侧有功、无功和直流电压的二倍频脉动,并减小直流母线的过电压程度,提高直驱风电机组的不对称故障穿越能力。