随着风力发电技术的快速发展,风电所占比重将越来越大。双馈感应电机广泛应用于风电领域,但该电机的可靠性受到电刷和滑环的严重影响。无刷双馈感应发电机不仅可靠性高、维护成本低（无电刷、滑环）,还可实现变速恒频发电,特别适用于大功率场合下的风力发电,具有广阔的应用前景。但由于其结构复杂、控制困难,导致无刷双馈电机的商业化在一定程度上受限。为促进无刷双馈电机的应用推广,本文以级联式无刷双馈电机（CBDFIG）为研究对象,基于数学模型,研究了无刷双馈电机的矢量控制、最大风能跟踪控制以及不平衡电网下的控制。论文主要包括以下几个部分:1.课题研究背景的介绍。概述了不同类型的风电系统,介绍了无刷双馈电机本体以及控制策略的研究现状。2.无刷双馈电机的建模与分析。介绍了无刷双馈风力发电系统的基本结构和工作原理,并阐述了CBDFIG的动态数学模型,基于数学模型研究了CBDFIG的稳态等效电路,同时分析了CBDFIG内部的功率流动关系。最后介绍了CBDFIG的建模方法并对CBDFIG的转速调节特性进行仿真。仿真研究验证了CBDFIG模型的正确性。3.无刷双馈风电系统的矢量控制。该矢量控制主要通过控制背靠背变换器来实现,背靠背变换器的使用不仅可以维持直流母线电压的稳定,还能将回馈到直流母线的能量输送到交流电网,保证了变换器有功功率的安全传输。首先分析了基于空间矢量理论的网侧变换器系统的动态建模,通过建立的数学模型研究了基于电压定向的网侧变换器矢量控制技术,实现了对直流母线电压的调节。然后基于CBDFIG的数学模型,研究了CBDFIG的功率绕组磁链定向矢量控制,实现了对CBDFIG的功率控制。最后通过仿真和实验验证了CBDFIG系统矢量控制可以实现变速恒频发电以及功率解耦控制。4.考虑损耗的无刷双馈风电系统功率反馈法最大风能跟踪控制。研究了风力机模型以及考虑损耗的CBDFIG模型,计算了定、转子铜耗,通过修正的Steinmetz方程获得准确的铁耗并给出了铁耗的计算方法,根据电机输出有功功率与风力机输出最大机械功率的关系得到准确的参考功率,基于损耗给出了最大功率点跟踪控制方法。最后通过仿真和实验验证了所提的控制方法可使电机实际转速跟随上参考转速,实现最大风能跟踪控制,且发电系统输出功率脉动小,稳定性高。5.不平衡电网下级联式无刷双馈电机的控制。研究了不平衡电网下电网相位提取方法以及电压、电流正负序分量的提取方法。在不平衡电网电压下,电机功率和转矩会出现脉动,电流出现畸变,为了缓解这些问题,提出了四种控制目标:有功、无功功率脉动抑制、平衡的功率绕组电流以及正弦的控制绕组电流。为实现控制目标,提出了一种由主、辅控制器组成的双同步坐标系电流控制策略。主控制器作用于正序同步坐标系,以保证系统的动态响应,而辅控制器则只控制负序电流分量。为加快辅控制器的动态响应,对负序电流控制采用前馈补偿。最后通过仿真和实验验证了双同步坐标系电流控制策略不仅可以抑制不平衡电网下CBDFIG出现的功率脉动和电流畸变,而且可以加快电流控制器的动态响应,并快速实现控制目标。6.以dSPACE 1103为核心的实验平台搭建。介绍了该实验平台的组成、软件优势以及硬件电路。该实验平台为定子磁链定向矢量控制、最大功率点跟踪控制、不平衡电网下CBDFIG控制的实验奠定了坚实的基础。