近年来,环境污染和能源危机使新能源发电越来越受到重视。在众多的新能源中,风能由于储能丰富、对环境友好、可再生等优点极具发展潜力。随着电力电子技术的发展,由有刷双馈电机和电力电子变流器构成的有刷双馈发电系统已得到广泛应用,但电刷和滑环易磨损,维护成本高。而无刷双馈电机采用了特殊的绕组结构,省去了电刷和滑环,可进一步提升可靠性。因此,以无刷双馈电机为核心构建的无刷双馈发电系统在海上、偏远地区等环境恶劣、维护困难的应用场景中极具应用潜力。然而,无刷双馈电机的特殊结构亦导致其电磁耦合复杂,控制难度增加。此外,为满足现代电网的要求,发电系统应具有独立-并网双模式运行能力,且在模式切换时应尽量减少对电网的冲击。由于无刷双馈发电系统独立运行与并网运行时,其控制策略有显著区别（如采用不同的定向方式和控制结构）,虽然将两者直接组合亦可实现双模式运行,但必将导致控制结构复杂、运算负担加重、模式切换振荡等问题。为此,本文以无刷双馈发电系统的独立-并网双模式统一控制为研究目标,建立了适用于双模式分析的数学模型,进而在控制绕组电流定向方式下实现了独立-并网双模式运行,并对该控制框架下存在的问题进行了深入研究:（1）目前无刷双馈发电系统在独立运行和并网运行工况下的建模分析与控制器设计相对独立,不便于双模式控制器的设计。针对该问题,本文首先回顾了无刷双馈发电机的数学模型,并将独立运行、模式切换及并网运行归纳为该模型的约束条件。利用该模型,在不同运行模式下选用不同约束条件即可完成数学建模与分析。此外,本文还将不同运行模式与定向方式的组合进行了归纳和对比,综合考虑多种因素后,选择综合性能最优的控制绕组电流定向作为双模式运行的定向方式,为后续设计奠定基础;（2）在无刷双馈发电系统的独立运行控制方面,目前针对正常带载工况的稳压控制已有诸多研究,但针对负载过载限流控制的研究并不多见。若负载电流无法得到有效限制,将导致负载母线过热,甚至危及整个发电系统的热稳定性。因此,基于控制绕组电流定向特点,本文分析了控制绕组电流与负载电流在不同转速、不同无功补偿程度下的数学关系,进而提出通过改变控制绕组电流限幅值以实现负载限流的新思路。该方法无需改动已有控制结构,亦无需增加负载电流传感器,仅需利用一个模块化的限幅值计算单元即可实现,充分兼顾了控制性能与实现成本;（3）在无刷双馈发电系统的模式切换方面,由独立运行切换至并网运行时的瞬时冲击电流较为严重,但目前未见关于冲击电流的建模与分析方法。为此,本文首先推导了电压幅值误差及相位误差和冲击电流之间的关系,基于分析结论设计了并网前的幅值跟踪环节与增量式锁相环节。进一步地,利用伯德图分析了冲击电流的频率特性,并提出通过增加高通前馈补偿环节抑制冲击电流的新思路。上述设计均在控制绕组电流定向方式下实施,且幅值跟踪、增量式锁相及高通前馈补偿单元均可实现模块化设计,实现代价小、切换过程平滑,有效地增强了双模式系统的运行可靠性;（4）在无刷双馈发电系统的并网运行控制方面,当前并网控制通常以电网电压为定向依据,若直接使用两套定向系统,会导致控制结构复杂、运算负担加重、模式管理困难等问题。为此,本文进一步提出在控制绕组电流定向框架下实现并网控制的思路。首先对控制绕组电流幅值、角度与有功、无功之间的关系进行了推导分析,然后根据所得稳态关系及小信号模型,设计由稳态值计算单元以及误差补偿单元组成的功率控制器。该方法仅需在前文已有的控制绕组电流定向方式下增加若干模块化单元,即可实现并网运行下的有功功率与无功功率精确控制。基于上述研究,本文还为32k W无刷双馈发电系统实验平台设计了一套完整的双模式控制系统。该系统以由电流内环、电压外环、频率控制环构成的独立运行控制系统为基础,并增加了实现输出电流控制的过载恒流控制功能模块、实现并网同步的跟幅锁相控制功能模块、实现平滑切换的高通前馈补偿功能模块、实现并网运行控制的控制绕组电流幅值-角度控制功能模块,以及对上述功能模块进行管理的状态机。实验结果充分验证了设计的可行性和有效性。