随着石油、煤等化石能源的日益紧缺,风力发电日益受到人们的青睐,近年来风电迅猛发展。作为风电领域的主流机型,双馈电机的研究已经比较成熟,且该电机具有较好的控制性能、以及制造成本较低等优点。但由于碳刷及滑环的存在,使其系统的可靠性降低;同时碳刷较易磨损,需要定期更换,使其维护成本大大增加。无刷双馈电机（Brushless Doubly-fed Machine,BDFM）,由于没有碳刷和滑环,大大提高了系统的稳定性并减少了系统的维护成本,更适用于少维护甚至无维护的风力发电领域,且同时具有双馈电机的优点,因而引起了人们极大的研究兴趣,近年来在BDFM的设计方法、结构优化、正常及故障运行情况下的控制策略方面取得了大量的研究成果。本文围绕着并网型无刷双馈感应发电机（Brushless Doubly-fed Machine,BDFIG）短路电流计算、空载并网技术及低电压穿越控制策略进行了研究,主要研究内容如下:1.提出一种基于控制绕组磁链控制的无刷双馈感应发电机（Brushless Doubly-fed Induction Generator,BDFIG）的空载并网方法。根据静止坐标系下无刷双馈电机的数学模型,确定了控制绕组磁链与功率绕组电压的关系,通过对控制绕组磁链相位增量及幅值增量的控制完成对功率绕组电压幅值和频率的控制,在此基础上搭建了空载并网时的控制系统。实验结果表明,该方法能根据系统实时转速对功率绕组电压进行调节,实现变速恒频发电。同时具有调节过程稳定,并网过程中的电流冲击小,调节时间短等优点。2.在计及控制绕组电阻的情况下,利用BDFIG在功率绕组坐标系的数学模型,推导了功率绕组和控制绕组均短路时功率绕组和控制绕组电流的解析表达式;推导结果可作为采用crowbar保护时撬棒电阻的计算也可以作为配电网保护配置的参考。仿真结果表明本文推导的结果PW、CW两绕组短路电流的误差分别为0.32%、0.40%。同时,这一部分的分析为后文研究BDFIG的暂态过程奠定了一定的理论基础。3.在课题组研究结果的基础上,针对电网对称故障时基于磁链跟踪控制的无crowbar的BDFIG低电压穿越方法的性能进行了进一步的理论分析,分析结果表明,选择合适的磁链跟踪系数T1K可以有效抑制控制绕组涌流,选择合适的磁链跟踪系数T2K可以调节故障期间BDFIG向电网输出的无功电流,实验结果验证了理论分析的正确性;针对课题组新研制的采用星形接法的15k W无刷双馈电机样机,对电网不对称故障穿越期间的暂、稳态特性进行了解析分析,包括电压、磁链、有功功率、无功功率以及电磁转矩等;为了验证理论分析的正确性,在现有的研究结果的基础上重新搭建了仿真模型,仿真结果表明,基于磁链跟踪控制的无crowbar的BDFIG低电压穿越方法在可有效控制控制绕组涌流,且控制绕组磁链的幅值及相角的跟踪效果良好,与理论分析一致。为后续的实验提供了理论基础。4.在实验室原有的硬件平台的基础上,与课题组成员共同完成了新研制的15k W无刷双馈电机实验平台的搭建。主要负责基于PLC控制的阻抗式对称及不对称低电压跌落发生装置的设计及制作,包括参数计算、器件选型以及PLC程序的编写等工作。实验结果表明,所搭建的低电压跌落发生装置可以模拟电网不同程度的对称电压跌落及单相对中点、两相对中点和两相短路等不对称故障,满足相关国家标准对电压跌落动态时间的要求。此装置的成功研制,为所提控制策略的实验验证奠定了重要基础。5.完善和调试了相关程序,在新搭建的实验平台上,完成了跌落深度为81.7%的对称故障条件下的低电压穿越实验,在无需附加任何硬件限流的条件下,首次完成了最严峻的电网对称故障条件下（即并网点电网电压跌落至零、故障前机组运行在100%额定转速、额定负载）的低电压穿越实验。实验结果表明,控制绕组电流峰值被限制在允许的范围之内,其标幺值为2.01,比现有文献报道中的96%额定转速（其余条件相同）下的实验结果还要小16.9%。证明了无需附加任何硬件限流,无刷双馈电机可以实现最严峻的电网对称故障条件下的穿越,此外故障穿越期间转矩脉动小,这一特点可以大大减小故障期间系统传动链的压力。6.完善了电网不对称故障情况下的低穿程序并进行了调试,在新搭建的无刷双馈电机实验平台上完成了电网三种不对称故障即单相对中点短路、两相短路、两相对中点短路条件下的低电压穿越实验。实验结果表明,在三种故障期间,可有效地将控制绕组过电流限制在允许范围之内,电磁转矩、有功功率和无功功率与理论分析一致。