在能源枯竭与环境污染日益严重的形势下,风力发电已经成为绿色可再生能源的一个重要途径。变速恒频双馈风力发电系统具有风能利用率高、机组机械部件承受机械应力小等优点,并且交流励磁变换器容量仅为发电机转差容量,因此变换器的容量可大大减小,从而降低成本。本文对变速恒频双馈风力发电系统的若干问题,如滑模变结构直接功率控制,无源性控制,无速度传感器控制,双级矩阵变换器(TSMC)励磁双馈风力发电系统等问题进行了深入研究。论文的主要工作如下:　　论文将滑模变结构控制与空间矢量调制结合,提出了滑模变结构直接功率励磁控制策略的理论分析及实现方法。通过转子电压直接控制双馈发电机的有功、无功功率,无需转子电流控制环,且功率变换器开关频率固定。仿真结果表明,所提出的控制策略可有效调节双馈发电机的有功、无功功率,具有优良的动、静态性能,改善了输出电能质量,对参数变化具有良好的鲁棒性。　　针对双馈感应发电机是一类复杂的非线性、多变量、强耦合系统,提出将无源性控制引入双馈发电机系统,结合定子磁链定向矢量控制确定定予和转子电流期望值。仿真结果表明,设计的无源性控制能够实现系统有功、无功功率的独立调节。与传统矢量控制相比,无源性控制在有效实现最大风能捕获的同时,对电机参数摄动及负载转矩变化具有很强的鲁棒性。　　近年来,双馈感应发电机的无速度传感器控制技术一直是研究热点。论文提出了基于自适应全阶观测器和自适应降阶观测器的速度辨识方案,运用Lyapunov稳定性理论,构造了Lyapunov函数,推导出转速的自适应辨识率,观测器的增益通过极点配置得到。在Matlab/Simulink中搭建了速度辨识模块,将其应用到双馈风力发电机矢量控制系统仿真模型中。仿真结果表明,两种速度辨识方案均具有良好的动、静态性能及参数变化鲁棒性。　　在分析双级矩阵变换器调制策略的基础上,引入双级矩阵变换器作为双馈风力发电机的励磁电源。采用基于定子磁链定向的矢量控制,建立了双级矩阵变换器励磁双馈风力发电机并网发电运行控制方案;结合比例谐振控制器(PR)的特性,提出将其引入到双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统,设计了转子侧在两拥静止坐标系中的PR电流控制;为了提高不平衡电网电压条件下双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统的运行能力,设计了一种转子侧在两相静止坐标系中的PR电流控制,调节各种控制目标下双馈发电机转子电流的正、负序分量。在Matlab/Simulink对上述设计方案进行仿真,仿真结果表明了所设计控制方案的可行性。　　为在实验室对变速恒频双馈风力发电系统进行研究,设计并搭建了一套实验平台。采用异步电动机作为原动机模拟风力机,双级矩阵变换器作为励磁电源。在实验平台上对双级矩阵变换器励磁双馈风力发电系统的并网运行,发电控制等相关实验进行研究,实验结果表明了本文理论分析和所提控制策略的正确性及可行性。