海运作为能源消耗大户,在节能减排的大趋势下,为提升现代船舶运输行业的经济性和环保性,无刷双馈电机发电技术在船舶轴带系统中的研究与应用被广泛关注。目前发电系统的控制策略仍是制约该技术发展的主要因素,且船舶调速和投切大型电力负载时,对独立发电系统的暂态稳定性影响较大,甚至短路时,将造成系统设备的损坏。因此,论文从无刷双馈电机基本原理和等效电路入手,以瞬态模型为基础,针对独立发电系统展开综合控制策略研究,并深入研究系统的暂态特性及暂态稳定性,最后针对短路的暂态过程进行了深入分析,并利用Matlab/Simulink平台,对文中理论推导的正确性、结论的合理性和方法的可行性进行了仿真验证。论文主体内容如下:首先,通过推导无刷双馈电机内部定子磁动势和转子磁动势,明确了电机变速恒频的发电原理;重点梳理电机内部复杂的电磁关系,并利用绕组折算和频率折算得到了电机统一等效电路;在此基础上,构建无刷双馈电机在三相静止坐标系和两相旋转坐标系下的动态数学模型。其次,针对独立发电系统,建立标量控制,通过仿真验证模型的正确性,发现在标量控制下,其电量暂态波动较大。针对该问题,提出更适用于独立发电系统的综合控制策略;针对控制绕组侧变换器,设计了电流矢量解耦控制环和具有前馈补偿的功率绕组电压幅值和频率控制环;针对网侧变换器设计了直流母线电压外环和电流内环控制器;最后通过仿真,验证了在该控制策略下,系统的暂态波动及动态响应速度等都得到了一定的改善。然后,通过定性分析,明确船舶调速和调载两工况下系统的暂态行为和暂态特征。通过定量分析,针对调速工况,构建暂态功角数学模型,研究系统的机电耦合关系;针对调载工况,分析推导在突加阻感性负载时,机端电压的暂态跌落表达式,针对该暂态跌落问题,提出基于仅补偿无功电流稳态分量的控制方法,对无功电流全补偿和半补偿两种方式下的暂态控制效果进行了仿真对比分析。最后,针对无刷双馈电机机端三相短路故障工况,依据磁链守恒推导出故障时各绕组的暂态电流表达式;通过分析短路过程及暂态电磁量,提出在CW侧增设Crowbar电阻以及在直流母线侧增加卸载电路的保护电路设计,并在此基础上推导加入保护电路后的暂态电流表达式,并进行仿真实验验证。