无刷双馈电机无电刷滑环,坚固耐用,结构可靠,可以在部分容量变频器控制下实现变速恒频发电,因此在受更换电刷滑环困扰的风力发电领域具有很强的竞争优势。但目前对无刷双馈风力发电系统并网情况下的稳定运行控制还未形成完整的理论体系,其中综合考虑从风力机、传动轴到发电机整个风电系统最大功率追踪控制的理论研究还不多,对常规电网故障时无刷双馈风力发电系统的稳定控制研究也很少。在此基础上,本文对无刷双馈风力发电系统并网稳定运行的控制策略进行进一步的理论研究。首先,结合风力机的功率特性表达式,先后建立了风力机的功率转矩模型和传动轴系的一阶模型,阐释了风力机的最大功率追踪原理。基于无刷双馈电机的转速表达式和三相abc坐标系下的磁链电压方程,推导得到了任意旋转dq坐标系和转子速dq坐标系下的无刷双馈电机模型,并对无刷双馈电机用作电动机和发电机时系统的功率传输关系进行了分析。其次,给出了风力机控制系统中转速控制器和桨距角控制器的设计方法。基于功率绕组磁链定向,推导得到了一种电流闭环的无刷双馈电机功率解耦矢量控制算法,根据无刷双馈发电机两套定子绕组间的功率关系,计算得到最大风能利用系数下电机功率侧有功功率的给定值,从而实现无刷双馈风力发电系统的最大功率追踪。此外,文中还给出了一种软件锁相环方法,用以实现功率绕组的磁链定向。然后,基于功率绕组静止坐标系下的电压磁链方程,分析了电网电压跌落时无刷双馈电机控制绕组侧感应电动势的瞬态变化。为避免电压跌落时控制绕组侧电压电流的幅值超出限额,本文将机侧变频器等效成一个虚拟阻抗,基于功率绕组的磁链估计,重新计算了控制绕组电流的给定值,在上述矢量控制方法的基础上,最终提出了一种新的无刷双馈电机低电压穿越方法,用以实现电网电压跌落时无刷双馈风力发电系统的稳定运行控制。最后,对上述两种控制方法进行仿真和实验验证。建立风电系统的仿真模型,分别对不同风速下的转速功率跟踪以及系统的低电压穿越性能进行仿真分析,证明了上述两种控制方法的可行性。之后在已有的30kW无刷双馈电机硬件平台基础上,进行控制器的软件设计,完成控制系统的实验验证。