随着风力机单机容量不断增大,直驱风电系统对风电变流器拓扑提出了更高的要求。两电平变换器由于具有不能承受高压,输出谐波大等一系列缺点,已不再适合应用于大功率风电系统中。因此,研究能够适用大功率风电系统的拓扑结构,对提高发电效率、增加系统可靠性有着重要的意义。多电平变流器中功率器件承受电压小,并且输出谐波大为减少,而多相电机能倍增系统容量。本文吸纳多电平变流器与多相电机的优势,提出了基于Vienna整流器级联的双三相永磁风力发电系统方案。机侧由双三相永磁同步发电机和两个串联的Vienna整流器组成,网侧由一个二极管钳位型三电平变流器组成。该方案能成倍提升系统容量,满足风电系统对容量和可靠性的要求。首先,分析了该系统的基本工作原理,并针对双三相永磁同步电机建立了两套数学模型。一种是基于矢量空间解耦坐标变换的数学模型,其将双三相电机统一建模,模型与单个三相永磁电机模型类似,可沿用类似的控制策略。另一种是基于双dq坐标变换的数学模型,其将双三相电机视作两个独立的三相永磁电机分别建模,优点是可靠性高,但两套模型之间存在耦合,使控制变得复杂。基于矢量空间解耦模型,机侧采用转速外环、电流内环的双闭环矢量控制策略。针对单个Vienna整流器,提出基于载波调制的中性点电压平衡方法,通过建立电容电压误差动态方程,从保证控制稳定性的角度构造零序电压,可使电容电压误差趋近于零的同时,保证良好的输入电流质量。网侧采用电压外环、电流内环的双闭环矢量控制策略,保持直流母线电压稳定,同时从调制层面通过注入零序分量来实现整体中点电位平衡。基于双dq坐标变换模型,由于两套三相电机模型相互耦合,本文通过反馈线性化方法改进电流环,实现解耦控制,且大大简化了控制结构。针对整体中性点电位平衡问题,利用双三相电机模型特征,提出功率均衡的中性点电位平衡方案,通过均衡机侧两个Vienna整流器的功率输出,从控制层面实现整体中点电位平衡,在一定程度上简化了网侧变换器调制方法。最后,通过Matlab/Simulink仿真平台,验证了两种控制策略的正确性和有效性。