交流励磁变速恒频双馈发电机系统是目前最具实用前景的风力发电系统之一,该系统的控制方案缩小了变频器的容量,发电机可以在同步速上、下运行,变速运行范围较宽,其定子输出电压和频率维持不变,可实现有功、无功功率的灵活控制,既可调节电网的功率因数,又可以提高系统的稳定性。本文首先描述了交流励磁变速恒频风力发电系统的结构,对双馈发电机(DFIG)的运行理论进行了分析,在讨论DFIG数学模型和等值电路的基础上,研究了其运行特性及功率关系,为发电机的功率控制和励磁用变换器的设计提供理论基础。并在讨论风力机特性、数学模型及其运行区域的基础上,阐述了风力机实现最大风能捕获的原理。通过建立双馈发电机的数学模型,推导了DFIG参考功率的计算方法,并将磁场定向矢量控制技术应用到DFIG运行控制上,形成了基于定子磁链定向的DFIG有功、无功功率解耦控制策略,实现双馈发电机的最大风能捕获运行。励磁变换器是实现双馈发电机控制的关键,对系统的控制性能和发电机输出电能具有决定性的影响。本文基于交流励磁变速恒频风力发电机的运行特性,研究设计了具有能量双向流动功能的双PWM型变换器,讨论了两个变换器在功能和控制上的不同,网侧变换器采用电网电压定向矢量控制和基于功率平衡的负载电流前馈控制技术,实现交流侧单位功率因数和直流母线电压控制;机侧变换器采用DFIG定子磁链定向矢量控制,实现发电机P、Q解耦,进而实现最大风能追踪控制。根据发电机在同步速上、下的不同运行状况,两个变换器可自动完成整流/逆变(或逆变/整流)状态的切换,使能量实现双向流动。本文末章在仿真基础上对双馈风力发电模拟系统进行了初步设计,系统采用一台7.5kW的绕线式异步电机做发电机,使用双DSP分别控制网侧和转子侧变换器,初步设计了电压电流信号检测电路、通讯接口电路、保护电路、控制程序的主要流程图。