在全球能源危机和环境污染日益加重的背景下,风能是可再生能源中最为丰富高效的一种能源,在世界各国都得到大量的开发。在风电技术的发展历史中,各种机型的风电机组不断问世,其中基于双馈感应电机(DFIG)的风力发电系统以其变流器容量小、高效可靠等优点已成为目前主流的变速恒频风力发电机组的主流机型。风电变流器承担着风电系统能量变换的重要任务,变流器的控制策略对风电系统效率和可靠性影响巨大,目前双馈风电机组变流器的常用控制策略包括矢量控制(Vector Control,VC)和直接功率控制(Direct Power Control,DPC),其中VC是目前风力发电系统的主流控制策略,但是近年来DPC以其控制结构简单、动态性能好而越来越受到人们的关注。因此,本文针对双馈异步风力发电系统直接功率控制策略从理论分析到模型仿真进行详细分析,并与矢量控制进行多个方面对比。本文研究的关键内容及主要工作包括有:(1)本文在建立DFIG风力发电系统关键环节的详细数学模型基础上,将PWM变流器分为网侧变流器和转子侧变流器单独研究,研究了理想电网电压条件下网侧变流器和转子侧变流器矢量控制的原理和具体实现方法。(2)在理想电网电压条件下,分别研究了网侧变流器和转子侧变流器基于开关表的直接功率控制(LUT-DPC)策略的理论和具体实现方法。针对LUT-DPC开关频率不固定,电流谐波大、功率脉动大的缺点,研究了在DFIG系统中基于空间矢量调制的直接功率控制(SVM-DPC)策略的理论和实现方法,该方法可以获得固定的开关频率,减少了电流谐波含量,且改善了功率脉动,具有良好的动稳态性能。(3)按照典型Ⅰ型、典型Ⅱ型系统的参数设计方法,对DFIG中VC和SVM-DPC中使用的PI调节器参数给出了详细的设计方法。在系统参数整定的基础上,对两种控制方式控制性能进行比较,其中VC稳态精度最高,但VC的参数设计量是SVM-DPC的两倍,因此设计难度更大,系统更加复杂。DPC系统结构简单、参数鲁棒性好、动态响应快。(4)在多种工况环境下对DFIG系统中VC和DPC(主要是SVM-DPC)进行对比,其中随机波动风速下,SVM-DPC的功率波动大于VC的功率波动;电网电压跌落时,SVM-DPC在电磁暂态过程中更利于抑制系统振荡,但带来的转子电流振荡较大的缺点。提出一种改进SVM-DPC的控制策略,抑制转子电流振荡过大,改善双馈风电机组LVRT特性,使机组在Crowbar切出后快速稳定且不会引起Crowbar的再次动作,具有明显优势;在网侧变流器使用LUT-DPC控制策略,转子侧变流器使用SVM-DPC控制策略,相比VC能提高机组在并入弱电网时的稳定性。(5)建立了基于RTDS的双馈风电变流控制器硬件在环实时仿真平台,对系统的软硬件做了详细设计,其实时性和精确性优于离线仿真,并在该平台上对前文的分析结论做了验证。