随着“双碳”目标的提出,国家不断重视对清洁能源的开发和利用,其中风能是清洁能源的重要组成部分,目前风力发电机主要有永磁同步发电机和双馈发电机两种形式。永磁同步发电机主要用于海上风电,目前存在高器件要求、高电机成本以及高运行损耗等问题;双馈电机主要用于陆上风电,该类电机包含电刷和滑环,存在成本造价高和可靠性低的问题,导致后期维护频繁,影响发电系统的稳定性。与双馈电机相比,无刷双馈电机省去电刷和滑环,故障率低,系统运行的可靠性高。因此,无刷双馈发电机成为当前国内外研究热点,本文以无刷双馈风力发电机为研究对象,通过扩张状态观测显式模型预测控制和粒子群参数优化的控制策略,实现了对直接功率控制性能的优化。首先,本文基于无刷双馈电机的本体结构和控制策略,阐述了无刷双馈电机变速恒频发电的基本原理,分析了无刷双馈电机的数学模型,并基于数学模型搭建相应的simulink仿真模型。根据瞬时功率理论,通过对开绕组无刷双馈电机在不同运行状态下的功率流分析,推导出无刷双馈电机的直接功率数学模型。其次,根据上述推导的直接功率数学模型,提出开绕组无刷双馈电机模型预测直接功率控制策略。但传统的模型预测控制受在线计算能力的限制,只适用于动态响应速度要求不高的工业过程控制领域,并不适用于大型风力发电系统。为提高传统模型预测的动态响应特性,本文提出开绕组无刷双馈电机显式模型预测直接功率控制策略,该策略通过离线计算和在线查找的方式选择最优控制量,实现对功率的实时控制。由于上述模型预测控制未考虑电机系统不可测量的扰动,导致系统存在误差,控制精度不足,因此本文基于显式模型预测控制,利用扩张状态观测器对系统进行误差补偿,从而提高系统控制性能。随后将所提模型预测直接功率控制与传统的模型预测直接功率控制进行比较,在不同工况下对两种控制策略进行仿真分析,最后通过硬件在环实验平台对所提控制策略进行验证。实验结果表明所提模型预测控制策略能够提高系统的计算效率和响应速度,增强系统的稳定性,提高系统的控制精度。最后,为解决传统自抗扰直接功率控制参数整定复杂的问题,将粒子群参数优化算法与自抗扰控制器相结合并应用于开绕组无刷双馈电机进行直接功率控制,通过仿真和实验研究对粒子群自抗扰直接功率控制策略进行验证。结果表明,与传统的自抗扰控制策略相比,本文所提控制策略能够提高自抗扰控制器参数的整定能力,通过选择更佳的整定参数,提升系统的稳定性和控制精度。本文通过扩张状态观测显式模型预测控制策略和粒子群参数优化自抗扰控制器对开绕组无刷双馈电机进行直接功率控制,通过仿真和实验研究,验证所提控制策略能够提高系统的动态响应能力和控制精度,增强系统的稳定性,为无刷双馈电机在工业领域的广泛应用奠定基础。