风力发电是解决世界能源危机的一个行之有效的途径，而并网型风力发电是推动风力发电发展的主要力量。变速系统可以最大程度地利用风能，是并网型风力发电的主要形式，因此对变速风力发电系统的并网运行控制进行研究很有必要。本文在分析对比DFIG(双馈感应风力发电机)和PMSWG(永磁同步风力发电机)两种主流变速风力发电系统的基础上，选择PMSWG作为本文的研究对象，重点围绕PMSWG交直流并网系统的运行控制展开研究。 风力机模拟是在实验室环境下研究风力发电的前提，因此本文首先分析了风力机的功率转矩特性，指出风力机模拟的要求在于模拟转矩-转速特性。对主流电动机进行对比，指出直流电动机和PMSM(永磁同步电动机)较为合适。针对直流电动机采用传统结构算法模拟风力机特性的不足，本文提出了基于BUCK电路的转矩直接开环控制模拟方案，分析了该方法的稳态误差提出改进措施并在后文给予实验验证。对PMSM。用于风力机模拟进行分析，指出PMSM的闭环欠量控制可以模拟风力机的全部特性，并进行了仿真验证。 简要分析了PMSWG的本体结构，剖析了PMSWG在各种坐标下的数学模型。指出PMSWG交流并网电路主要有定子PWM变换器加并网PWM变换器，不控整流器加并网PWM变换器，不控整流器加BOOST电路加并网PWM变换器三种结构。分别对这三种结构进行详细分析，解析出每种电路结构的数学模型并给出了每种结构的运行控制流程，最后详细对比了三种结构的优缺点，指出不控整流器加并网PWM变换器结构是目前最经济可行的交流并网方案。 采用不控整流器加并网PWM变换器作为PMSWG的交流并网电路。全面分析了并网PWM变换器涉及的各种运行状态，实现了功率解耦并提出有功无功参考值范围选取原则，解析了直流电压控制原理和不控状态，指出电流滞环作为并网PWM变换器的基本控制方法较合适。针对传统并网方法以交流电压作为并网参数的不足，本文提出了以直流电压作为并网参数的可控和不控两种直接并网方式，并分析了并网参数和并网过程。总结了直流母线电压与转速关系传统研究的不足，结合风力机特性，从空载和负载运行两个方面，理论上证明了直流母线电压与转速存在确定关系。归纳了最大风能跟踪的研究现状。对功率控制进行改进，提出了基于直流母线电压观测转速的无速度传感器网侧功率直接控制方法，结合不控直接并网方式构成完整算法给予仿真和实验验证。对扰动法进行改进，提出了以功率变化量平方值作为扰动值的直流电压变步长扰动方案，并结合可控直接并网方式构成完整算法给予仿真验证。 构建了风力机模拟及PMSWG交流并网系统实验平台。基于IGBT和2407DSP设计了风力机模拟系统的功率电路和微机控制电路，基于IPM模块和AT91RM9200设计了PMSWG交流并网系统的功率电路和微机控制电路。对风力机模拟分别进行了从以转速轴和以时间轴作为横坐标的转矩特性实验。对PMSWG交流并网系统进行了从并网到并网后的功率解耦和最大风能跟踪实验。 对海上风电场采用三种输电方式进行全面比较，指出VSC-HVDC输电较为合适。提出了基于PMSWG的变速直流风力发电系统，介绍了逐级升压和先串后并两种新型风电场结构，随后提出了先并后串的风电场结构。对大功率直流变换器的基本结构进行模型分析，并比较优缺点，指出全桥结构较为合适。对基于VSC-HVDC输电的PMSWG最小串联系统进行合理简化，剖析了简化模型的数学关系式，提出了相应的最大风能跟踪算法，对并网运行给予了仿真验证。