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为缓解当前能源紧张局势和常规能源使用所带来的环境压力，人们不断的开发利用各种新的清洁能源，风能作为其中发展较为迅速的一种，受到世界各国的普遍重视，作为风能的重要利用方式，风力发电技术也成为各国学者的研究热点。为了最大限度的利用风能，变速恒频风力发电技术成为风力发电技术的发展趋势，同时由于直驱型风力发电系统具有能量转换效率高，运行可靠性高等优点，成为继双馈型风力发电系统之后风力发电技术领域的另一个重要研究方向。本文以变速恒频直驱永磁同步风力发电系统为研究对象，从理论分析到仿真进行了详细的研究，并且搭建了一套小功率风力发电实验系统，对于理论分析的结果进行验证。
为了在不具备风场环境的实验室中进行风力发电研究，需要寻找一种原动机来代替风力机的风轮，因此本文首先研究了无刷直流电机对于风机特性的模拟。在分别分析风机和无刷直流电机的功率和转矩特性之后，提出使用无刷直流电机模拟风机转矩特性的方案。
其次，对基于不可控整流桥和升压斩波器的电机侧变流器进行研究。对升压斩波器的电压前馈电流跟踪控制策略进行研究，并给出了基于最大功率跟踪的电流指令的计算方法。
第三，研究了采用PWM变流器的网侧变流器。建立了网侧变流器在三相静止坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型，研究了电压矢量定向的控制策略。
第四，为了验证理论分析的结果，在MATLAB/SimuLink中建立了直驱风力发电系统各部分的模型，包括风机模型、无刷直流电机模型、升压斩波器模型、电压型PWM变流器模型，对于各部分的控制策略进行仿真研究。
第五，在仿真研究的基础上，在实验室中建立了一整套小功率直驱风力发电系统，系统的组成部分包括风机特性的无刷直流电机模拟系统、桥式不可控整流器、升压斩波器、电压型PWM逆变器，对于理论分析的结果进行了实验验证。