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随着能源危机和环境污染问题的日益加重,各国开始寻求清洁可再生的能源来代替传统火力发电。风力发电经过十年的发展与成熟,在各国能源结构中占据一定比例,成为了最有商业价值的新能源发电方式。在未来几年里,海上风力发电将兴起作为风电市场的新热点。由于海上风电苛刻的自然条件和薄弱的电网接口,要求风力发电机具有高可靠性,低成本的特点,并且能够适应各种复杂的电网故障。无刷双馈电机(Brushless Doubly Fed Machine, BDFM)定子由两套极对数不同的绕组组成,转子为特殊设计的绕线或者磁阻结构。在定子两套绕组独立供电的情况下,无刷双馈电机运行于双馈模式,具有类似同步电机的特性,并且可以通过调节控制绕组的励磁频率改变转子转速。由于无刷双馈电机转子不存在碳刷和滑环,可靠性高；变流器与控制绕组相连,容量小且成本低；因此能够很好地满足海上风电高可靠性、低成本的要求。本文以无刷双馈电机应用于海上风电为背景,从电机本体和控制策略两方面入手,针对海上风力发电系统中的一些关键问题进行研究。本文的主要工作有：首先,分析了无刷双馈电机的基本工作原理,给出无刷双馈稳态运行的功率分析和运行极限。基于绕组分布函数,对无刷双馈电机本体谐波进行分析,重点研究由于电机谐波磁场产生的转矩脉动,并给出转矩波动与电机拓扑结构和绕组分布之间的定量关系,进而为电机本体设计和优化提供理论基础。其次,建立无刷双馈电机统一dp坐标系下的矢量模型,提出电网电压定向的矢量控制策略,通过加入前馈项,实现有功、无功功率的解耦控制。结合实际运行情况,针对电网不平衡故障时,分析无刷双馈电机的动态行为特性,进而提出四个控制目标和相应的改进控制策略,有效地抑制了电网不平衡故障对无刷双馈电机和电网的影响,满足并网规范,使无刷双馈机组能够适应电网不平衡故障。最后,由于无刷双馈电机被控量的频率随着转速的变化而变化,采用固定谐振点的PR控制器无法有效抑制波动分量的误差,探究和提出了具有自适应能力的频率检测算法和自适应控制器,最终实现频率可变交流分量的零稳态误差控制。