在现代风力发电领域,近海风场可开发的风能资源是陆地的3倍,储量十分丰富,且海上风能具有稳定性好、风速高、容易预测等突出优势,但海上风力发电系统的运行环境极为恶劣,因此系统可靠性显得尤为重要。为此,近年来学者们提出了可容错运行电机系统的概念,并得到广泛关注。无刷双馈发电机因其无刷化结构、更低的变流器容量以及灵活的运行方式而得到研究者的广泛关注,它从发电机本体上提高了风电系统的可靠性。而功率变换环节尤其是机侧变流器由于开关频率高、能量波动大,是风电系统中较为脆弱的环节,极易发生故障。采用高可靠的无刷双馈发电机,并在线诊断变流器故障以及采用合适的容错控制策略,可以进一步提高海上风力发电系统对高可靠性的需求。因此,本文对无刷双馈发电机系统中变流器的故障诊断和容错控制策略开展研究,研究内容包括以下几个方面:以无刷双馈磁阻风力发电机为研究对象,分析了磁阻转子的磁场调制作用,概述了其工作原理,推导了无刷双馈磁阻发电机在静止坐标系下的矢量方程。为研究无刷双馈磁阻发电机的控制策略打下良好基础,进一步推导了其在双旋转坐标系下的矢量方程。在MATLAB/Simulink下建立了无刷双馈磁阻发电机的空载仿真模型,对其特性进行仿真研究,并验证数学模型的正确性。功率开关器件开路是风力发电系统中的常见故障。本文对基于直接功率控制策略的开绕组无刷双馈发电机系统中双两电平变流器功率开关器件的开路故障诊断方法进行研究。详细分析了双两电平变流器单相开路故障类型,以单个变流器单相故障、两个变流器均单相故障为例,将正常运行与故障后的控制绕组相电压进行对比分析,实现故障诊断和故障类型辨别。为了使系统在功率开关器件开路故障后仍能持续稳定运行并满足性能要求,对开绕组无刷双馈发电机容错控制展开研究。详细分析了功率开关器件开路故障对传统双两电平变流器输出电压的影响。为了提高系统容错能力,重构了变流器拓扑结构。在直接功率控制原理基础上结合开路故障信息,重构了电压矢量开关表。在发生故障后将重构的变流器拓扑结构与相应的电压矢量开关表相结合,使系统可容错运行。在MATLAB/Simulink下对基于直接功率控制的开绕组无刷双馈发电机容错控制策略进行了仿真分析,验证了所提方法的有效性。