无刷双馈电机是一种结构特殊的电机,同一定子铁芯上嵌有不同极对数的两套绕组,特殊设计的转子同时耦合这两个绕组以实现能量的转换,常见的转子类型有笼型和磁阻型两种。特殊的结构使无刷双馈电机具有独特的优点,与普通感应电机及同步电机相比,在变速驱动领域和变速恒频发电领域所需变频器容量仅为25%～35%电机额定容量左右,因而硬件成本优势明显;与双馈感应电机相比,没有电刷和滑环,更适合工作在少(无)维护的场合。这些优点使得其在变速驱动领域和变速恒频发电领域中应用前景广阔。近10年来的研究成果极大推动了无刷双馈电机从实验室阶段到工程应用阶段的进程,但是在实际系统中的大规模应用还有许多基础问题亟待解决,如效率、谐波和控制方法等。现有的无刷双馈电机控制方法中,矢量控制需要旋转坐标变换和磁场定向,系统结构复杂,直接转矩控制低频时转矩和电流脉动较大,间接转矩控制缺乏无功功率的控制功能。针对以上情况,本文以笼型转子无刷双馈电机为研究对象,对该电机的控制方法进行了深入研究,提出了基于间接转矩控制系统的无刷双馈电机的无功功率控制方法和无刷双馈电机的间接功率控制方法,具体研究内容如下:1.为了确定研究控制方法所使用的数学模型,对无刷双馈电机多回路模型、转子速d-q坐标系模型和统一坐标系模型进行了深入研究;推导出统一坐标系功率绕组模型通式和控制绕组模型通式相对应的等效电路;对统一坐标系模型进行了仿真验证。2.提出了一种基于间接转矩控制系统的无刷双馈电机无功功率控制方法;推导了无功功率和控制绕组磁链矢量的动态相位增量和幅值增量之间的解析关系;构建了具有无功功率控制的无刷双馈电机间接转矩控制系统的结构框图;样机动态性能的实验结果表明,具有无功功率控制的无刷双馈电机间接转矩控制系统不仅能够控制转速和转矩,而且能够有效控制无功功率。3.为了提高无刷双馈电机控制绕组在超低频运行时磁链观测的准确度,本文在分析和比较几种u-i磁链观测模型的基础上,结合无刷双馈电机的特殊结构和工作原理,对无刷双馈电机的磁链观测方法进行了研究,采用了非线性正交反馈补偿磁链观测方法对控制绕组的磁链进行观测。实验结果表明,此方法有效消除了u-i模型的积分漂移,改善了控制系统低频时的稳态及动态性能。4.对无刷双馈电机的功角特性进行了研究,从功率绕组静止坐标系模型出发,推导出了无刷双馈电机功角特性的表达式,此表达式与隐极同步电机的功角特性非常相似;仿真结果初步验证了所推功角特性的正确性;在表达式的基础上,初步分析了无刷双馈发电机有功功率和无功功率的调节方法、静态定性等问题。5.为了满足风力发电系统对有功功率和无功功率的控制需求,提出了一种笼型转子无刷双馈发电机的间接功率控制方法,与间接转矩控制方法不同的是,该方法直接以功率绕组输出的有功功率和无功功率做为控制目标;推导了有功功率和控制绕组磁链之间的解析表达式;构建了控制系统结构框图;样机的实验结果表明,当有功功率、无功功率变化时,系统具有较好的静态和动态性能。6.为了准确计算控制绕组磁链静态角增量,在间接功率控制系统中需要对电网频率进行检测,本文使用了一种基于软件锁相环的电网频率动态检测方法,该方法实时性强,极适合应用在控制系统中进行电网频率的在线检测,实验结果表明了该电网频率检测方法的可行性。