近年来,随着多电/全电飞机的发展,对发电系统提出了扩大发电容量、提高发电品质和性能等要求。由于大型飞机中对频率不敏感的负载占总负载的50%以上,变频交流(VFAC)发电系统成为了大型民用飞机的首选。作为飞机电源系统中的核心部件,发电机应具备无刷化结构,此外,还应能方便构成起动/发电系统。双定子绕组异步发电机(DWIG)是近年来提出的一种新型异步机,与传统笼型异步电机相比,DWIG继承了笼型异步电机的天然无刷结构,区别在于定子上有两套绕组,一套称为功率绕组,接负载运行,可对外直接输出变频交流电;另一套称为控制绕组,经滤波电感与功率变换器相连,用以对电机的有功及无功进行调节。两套绕组无电气连接,易于实现高性能控制。在先期的研究中,已经初步验证了DWIG正常工作时的稳态性能和加卸载特性,但未过多考虑实际应用可能遇到的问题。为充分、全面验证所提出的DWIG变频交流发电系统方案,本文从以下方面进行了深入研究:(1)针对DWIG带不对称负载运行情况,以对称分量法为基础,推导了电机及负载的正、负、零序等效电路,在此基础上实现了DWIG不对称运行时的定量分析,得到了电机参数对于输出电压不对称度的影响。研究表明,DWIG具有较强的带不对称负载运行能力,这是因为笼型转子功能与同步电机阻尼绕组类似,对负序磁场和高次谐波磁场具有很强的抑制作用。(2)针对DWIG两套绕组同时发生对称突然短路的情况,运用解析法给出了短路电流的衰减规律,最大短路电流计算公式及到达时刻。研究结果表明,DWIG瞬态电抗的形式与带阻尼绕组的同步电机直轴超瞬变电抗类似,并与短路电流的峰值成反比关系。本文所得的结果能够有助于深入理解DWIG的瞬态特性,获得的解析公式有助于对发电机突然短路电流进行估算,并为发电系统保护单元和控制器的设计提供理论参考。(3)由于大功率器件开关频率有限,而VFAC的基波频率较高,一般的异步调制(如空间电压矢量调制)引入电机中的偶次谐波电流对发电系统的影响已不能忽略,因此本文利用特定次谐波消除法,针对不同的基波频率段选择不同的半周期开关角,在保证波形质量的同时做到开关频率最低。针对SHEPWM难于实时控制的问题,采用磁链追踪控制对SHEPWM调制进行了改进,保证了系统动态性能,使得SHEPWM可以运用于实时控制中。本文中的低载波比控制方法不仅可以应用于变频交流发电系统,而且同样适用于中频变换器、大功率变换等场合。(4)针对航空变频交流电源中的谐波治理问题,提出了一种并联APF补偿方法。首先设计了一种静止坐标系下的矢量调节器,该调节器实现简单,具有天然的选频性能,其次给出了一种无须谐波电流检测环节的APF控制方法。此外,针对VFAC系统基波频率变化的特点,采用了基于扩展卡尔曼滤波器的基波频率观测方法,利用较低的观测周期,使得观测结果具有优秀的稳态性,并能满足系统动态需求。(5)针对DWIG起动问题,研究了一种基于降阶卡尔曼算法的无速度传感器起动控制策略。首先推导了采用转子磁链定向的DWIG矢量控制系统,并给出了系统解耦控制框图。其次依据最优估计理论,推导出了定子双绕组异步电机的状态方程,并根据系统的状态转移矩阵表达式,对定子双绕组异步电机的状态方程和量测方程进行离散化处理,同时采用泰勒展开原理,给出了定子双绕组异步电机状态方程的线性化表达式,由此得到了定子双绕组异步电机全阶卡尔曼滤波算法的具体实现,随后给出了适用于DWIG的降阶卡尔曼滤波算法。本文的研究完善了DWIG理论体系,对DWIG变频交流发电系统在航空中应用的关键问题给出了具体的解决方案,并为后续基于DWIG的航空电源供电系统研究打下了基础。